DE69220263T2 - Method and apparatus for machine workpiece machining using a solid model algorithm - Google Patents
Method and apparatus for machine workpiece machining using a solid model algorithmInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Software- Verfahren zur automatischen Generierung bzw. Erzeugung von numerisch gesteuerten (numerical control, NC) Werkzeugwegen in einer CAD/CAM- bzw. Herstellungsumgebung.The present invention relates to software methods for automatically generating numerical control (NC) tool paths in a CAD/CAM or manufacturing environment.
Mechanische CAD/CAM-Systeme existieren seit mehr als 20 Jahren und wurden in den späten siebziger Jahren sehr populär. Anfänglich wurden CAD/CAM-Systeme zum Erzeugen detaillierter Konstruktionen von mechanischen Werkstücken und zur Dokumentation von Konstruktionen unter Verwendung von Angaben, wie zum Beispiel der Abmessungen und Merkmale, angewendet. CAD/CAM-Systeme erstreckten sich zunehmend auch auf andere Anwendungen, wie zum Beispiel Analysis (zum Beispiel Modellierung finiter Elemente) und Fertigung (zum Beispiel Erzeugung von NC-Werkzeugwegen).Mechanical CAD/CAM systems have existed for more than 20 years and became very popular in the late 1970s. Initially, CAD/CAM systems were used to create detailed designs of mechanical workpieces and to document designs using information such as dimensions and features. CAD/CAM systems increasingly extended to other applications such as analysis (e.g., finite element modeling) and manufacturing (e.g., generating NC toolpaths).
Wenn Werkstücke mit einem CAD/CAM-System konstruiert werden, erzeugt das System Computermodelle dieser Werkstücke. Bis heute waren Drahtrahmen- und Oberflächenmodellierungen die bislang dominierenden Darstellungsschemen für CAD/CAM-Werkstückmodelle. Bei der Drahtrahmenmodellierung wird ein Werkstück durch Beschreiben seiner Kanten modelliert (zum Beispiel wird eine Schachtel durch 12 Linien dargestellt), und bei der Oberflächenmodellierung wird ein Werkstück durch Beschreiben seiner Flächen oberflächenmodelliert (zum Beispiel wird eine Schachtel durch 6 ebene Flächen dargestellt). Diesen Modellierungstechnologien fehlen jedoch Informationen, die beschreiben, wie Kanten und Flächen zusammengefügt sind, um das physikalische Werkstück auszubilden. Ferner fehlen Informationen, die die Innenseite und Außenseite des modellierten Werkstücks beschreiben. Aufgrund dieser Beschränkungen werden Drahtrahmen und Oberflächenmodellierungstechnologien als informell unvollständige Modellierungsdarstellungen klassifiziert. Auf diese Technologien aufbauende CAD/CAM-Anwendungen können keine vollständige Automatisierung un terstützen.When workpieces are designed using a CAD/CAM system, the system creates computer models of those workpieces. To date, wire-frame and surface modeling have been the dominant representation schemes for CAD/CAM workpiece models. Wire-frame modeling models a workpiece by describing its edges (for example, a box is represented by 12 lines), and surface modeling models a workpiece by describing its faces (for example, a box is represented by 6 flat faces). However, these modeling technologies lack information describing how edges and faces are assembled to form the physical workpiece. They also lack information describing the inside and outside of the modeled workpiece. Due to these limitations, Wireframe and surface modeling technologies are classified as informally incomplete modeling representations. CAD/CAM applications based on these technologies cannot support full automation.
Ist ein Werkstück einmal an einem CAD/CAM-System konstruiert, so können NC-Werkzeugwege zur automatischen Bearbeitung des Werkstücks erzeugt werden. NC-Werkzeugwege sind Programme, die die Betätigung des Bearbeitungswerkzeugs steuern, da das Bearbeitungswerkzeug das Werkstück aus dem Rohteil bzw. Halbzeug heraustrennt. Ein rechnerunterstütztes Konstruktionssystem (CAD-System) wird verwendet, um Werkstückmodelle zu schaffen, zu dokumentieren und zu analysieren, während ein rechnerunterstütztes Fertigungssystem (CAM-System) verwendet wird, um unmittelbar aus dem konstruierten Modell NC-Werkzeugwege zu erzielen. Dieser Weg war nur einigerinaßen erfolgreich. Obwohl ein Anwender (Fertigungsingenieur) einer CAM-Anwendung eine sehr gut definierte Strategie bezüglich der Herstellungsweise eines Werkstücks haben kann, können die heutigen CAD/CAM-Systeme nicht die automatische NC-Werkzeugwegeberechnung unterstützen. Der Grund hierfür liegt darin, daß Drahtrahmen- und Oberflächenmodelle keine vollständigen Werkstückmodellinformationen liefern, die für eine automatisierte Fertigung notwendig sind.Once a workpiece is designed on a CAD/CAM system, NC toolpaths can be generated to automatically machine the workpiece. NC toolpaths are programs that control the operation of the machining tool as the machining tool cuts the workpiece from the stock or semi-finished product. A computer-aided design (CAD) system is used to create, document and analyze workpiece models, while a computer-aided manufacturing (CAM) system is used to generate NC toolpaths directly from the designed model. This approach has been only somewhat successful. Although a user (manufacturing engineer) of a CAM application may have a very well-defined strategy regarding how a workpiece is to be manufactured, today's CAD/CAM systems cannot support automatic NC toolpath calculation. The reason for this is that wire frame and surface models do not provide complete workpiece model information necessary for automated manufacturing.
Beispielsweise besteht bei einem Anwender die Notwendigkeit, einen Werkzeugweg zum Abtrennen einer einteiligen Fläche zu schaffen (zum Beispiel der inneren Bodenfläche eines Kaffeebechers). Das Erzeugen eines Flächenwerkzeugweges erfordert, daß x-, y-, z-Punkte, welche die Programmierpunkte für das Werkzeug sind, während das Werkzeug tangential zur Oberfläche der gesamten Fläche verbleibt, mit einer vorbestimmten Toleranz berechnet werden. Wenn der sich ergebende Oberflächenwerkzeugweg am Bearbeitungswerkzeug durchgeführt wird, wird das untere Zentrum des Trennwerkzeuges zu jedem der vorbestimmten x- , y-, z-Punkte des Werkzeugweges bewegt. Das Ergebnis hieraus ist, daß das Material im Weg des Werkzeugs entfernt wird.For example, a user may need to create a toolpath for cutting a single-piece surface (for example, the inner bottom surface of a coffee mug). Creating a surface toolpath requires that x, y, z points, which are the programming points for the tool while the tool remains tangent to the surface of the entire surface, be calculated with a predetermined tolerance. When the resulting surface toolpath is performed on the machining tool, the lower Center of the cutting tool is moved to each of the predetermined x, y, z points of the tool path. The result of this is that the material in the path of the tool is removed.
Da Flächen Bestandteile von heutigen CAD/CAM-Modellierungstechnologien sind, bestehen Verfahrensweisen zum Berechnen von NC-Werkzeugwegen für die Oberfläche eines Werkstücks. Die Kenntnis der Oberfläche eines Werkstücks alleine ist jedoch nicht ausreichend. Das Schneidwerkzeug darf nicht in andere Flächen des Werkstückmodells eingreifen (zum Beispiel die Seitenflächen des Kaffeebechers). Dies kann passieren, da ein Schneidwerkzeug einen Radius größer als null aufweist. Wenn das Schneidwerkzeug daher in einen Bearbeitungsradius einer benachbarten Fläche kommt, kann zusätzliches Material aus der benachbarten Fläche abgetrennt werden. Das Bearbeitungswerkzeug kann nicht automatisch ein Eingreifen in benachbarte Flächen vermeiden, da es Drahtrahmen- und Oberflächenmodellen an einer Beschreibung der Zusammenhänge zwischen den Flächen mangelt. Zum Beispiel beschreiben Drahtrahmenund Oberflächenmodelle nicht, daß die Bodenfläche des Kaffeebechers den Seitenflächen benachbart ist - die Flächen des Werkstücks werden unabhängig voneinander modelliert.Since surfaces are part of today's CAD/CAM modeling technologies, procedures exist for calculating NC toolpaths for the surface of a workpiece. However, knowledge of the surface of a workpiece alone is not sufficient. The cutting tool must not encroach on other surfaces of the workpiece model (for example, the sides of the coffee mug). This can happen because a cutting tool has a radius greater than zero. Therefore, if the cutting tool comes within a machining radius of an adjacent surface, additional material can be cut off from the adjacent surface. The machining tool cannot automatically avoid encroaching on adjacent surfaces because wire-frame and surface models lack a description of the relationships between the surfaces. For example, wire-frame and surface models do not describe that the bottom surface of the coffee mug is adjacent to the sides - the surfaces of the workpiece are modeled independently of each other.
Der herkömmliche Weg zum Lösen dieses Problems erfordert das Eingreifen des Anwenders. Der Anwender muß auf manuelle Weise zusätzliche Informationen zuführen, bevor ein Werkstück hergestellt werden kann. Dies wird heutzutage in einer Vielzahl von zweckmäßigen Weisen durchgeführt. Sie alle sind zeitintensiv und neigen zu Fehlern.The traditional way of solving this problem requires operator intervention. The operator must manually enter additional information before a workpiece can be produced. This is now done in a variety of convenient ways. All of them are time-consuming and prone to errors.
Der am meisten genutzte herkömmliche Weg beim heutigen CAM ist der, neue Flächen insbesondere für die Bearbeitung zu schaffen. Das heißt, anstelle dem System zu "lehren", daß die Seitenflächen eines Kaffeebechers an die Bodenfläche angrenzen, schafft der Anwender eine neue Bodenfläche, die kleiner ist (zumindest um den Schneidwerkzeugradius) als die ursprünglich konstruierte Bodenfläche. Folglich halten die zur Bearbeitung der neuen Bodenfläche erzeugten Werkzeugwege das Schneidwerkzeug von den angrenzenden Flächen fern.The most common way of doing CAM today is to create new surfaces specifically for machining. That is, instead of giving the system To "teach" that the sides of a coffee mug are adjacent to the bottom surface, the user creates a new bottom surface that is smaller (at least by the cutter radius) than the originally designed bottom surface. Consequently, the toolpaths created to machine the new bottom surface keep the cutter away from the adjacent surfaces.
Dieser Weg schafft verschiedene Probleme. Der offensichtlichste ist der, daß das tatsächliche Konstruktionsmodell nicht zur Herstellung verwendet wird, aber ein Fertigungsmodell aus dem Konstruktionsmodell erneut erzeugt werden muß. Dies erzeugt eine Lücke zwischen Konstruktion und Herstellung, da das gleiche Modell nicht bei der Konstruktion und Herstellung beteiligt ist. Ein zweites Problem ist das der Zeit (Produktivität) und des Potentials für menschliche Fehler, da neue Flächen für jede zu bearbeitende Fläche erzeugt werden müssen - möglicherweise hunderte von Flächen für ein einzelnes Werkstück. Schließlich werden die neuen Flächen basierend auf der Größe des Schneidwerkzeuges geschaffen. Wenn eine andere Trennstrategie gewünscht ist, muß ein völlig neuer Satz an Flächen für das Fertigungsinodell generiert werden.This approach creates several problems. The most obvious is that the actual design model is not used for manufacturing, but a manufacturing model must be regenerated from the design model. This creates a gap between design and manufacturing, as the same model is not involved in both design and manufacturing. A second problem is that of time (productivity) and the potential for human error, as new surfaces must be created for each surface to be machined - potentially hundreds of surfaces for a single workpiece. Finally, the new surfaces are created based on the size of the cutting tool. If a different cutting strategy is desired, an entirely new set of surfaces must be generated for the manufacturing model.
Forscher entwickelten in den siebziger Jahren eine neue Modellierungstechnologie, genannt Solid Modeling bzw. Volumenmodellierung, welche Anfang der achtziger Jahre kommerziell verfügbar wurde, um die Grenzen der Drahtrahmen- und Oberflächenmodellierungstechnologien zu überwinden. Die Volumenmodellierung bietet eine informell vollständige Darstellung von dreidimensionalen Werkstücken. Während Drahtrahmen- und Oberflächenmodelle lediglich Beschreibungen der Geometrie eines herzustellen den Werkstücks aufweisen, haben Volumenmodelle Beschreibungen der Geometrie und der Topologie des Werkstücks. Die Geometrie des Werkstücks ist vergleichbar mit der Geometrie bei Drahtrahmen- und Oberflächenmodellierungen, aber die Topologie des Werkstücks ist eine "Straßenkarte", welche beschreibt, wie durch das Modell definierte Flächen zueinandergefügt sind, um das tatsächlich zu modellierende Werkstück auszubilden.Researchers developed a new modeling technology in the 1970s, called solid modeling, which became commercially available in the early 1980s, to overcome the limitations of wire-frame and surface modeling technologies. Solid modeling provides an informally complete representation of three-dimensional workpieces. While wire-frame and surface models only contain descriptions of the geometry of a workpiece to be manufactured, solid models have descriptions of the geometry and topology of the workpiece. The geometry of the workpiece is comparable to the geometry in wire-frame and surface modeling, but the topology of the workpiece is a "road map" that describes how surfaces defined by the model are fitted together to form the actual workpiece being modeled.
Da ein Volumenmodell Werkstücke vollständig und unzweideutig beschreibt, sind höherwertige Arbeitsschritte, wie zum Beispiel Vereinigung, Unterscheidung bzw. Trennung und Überschneidung von Werkstückmodellen, möglich. Um zum Beispiel ein Loch in einem Werkstück zu schaffen, kann ein Volumenmodell eines Zylinders auf einem Volumenmodell eines Werkstücks positioniert und geometrisch abgezogen werden - wobei das gewünschte Loch verbleibt. Mathematisch ist dies eine Boolsche bzw. logische Operation. Logische Operationen werden in der gesamten hier beschriebenen Erfindung durchgehend verwendet.Since a volume model describes workpieces completely and unambiguously, higher-level operations, such as merging, differentiating or separating and intersecting workpiece models, are possible. For example, to create a hole in a workpiece, a volume model of a cylinder can be positioned on a volume model of a workpiece and geometrically subtracted - leaving the desired hole. Mathematically, this is a Boolean or logical operation. Logical operations are used throughout the invention described here.
Die vorliegende Erfindung ist ein vollständiges Verfahren und eine Vorrichtung zur Fertigung eines Werkstücks unter Verwendung von Volumenmodellen und logischen Operationen zum Erzeugen von NC-Werkzeugwegen. Die vorliegende Erfindung verwendet Volumenmodelle der Differenz zwischen dem Halbzeugmodell und dem Werkstückmodell, dem "Deltavolumen", um die Werkzeugwege für Bearbeitungswerkzeuge zu berechnen. Aus den Werkzeugwegen werden dann Bearbeitungsvolumen geschaffen. Die Bearbeitungsvolumen werden dann von dem Deltavolumen abgezogen, um neue Deltavolumen zu erhalten. Dieses Verfahren automatisiert die Modellierung von nachfolgenden Werkzeugoperationen an einem Halbzeug, um ein Werkstück so zu erzeugen, wie es konstruiert wurde.The present invention is a complete method and apparatus for manufacturing a workpiece using solid models and logical operations to generate NC toolpaths. The present invention uses solid models of the difference between the stock model and the workpiece model, the "delta volume," to calculate toolpaths for machining tools. Machining volumes are then created from the toolpaths. The machining volumes are then subtracted from the delta volume to obtain new delta volumes. This method automates the modeling of subsequent tool operations on a stock to produce a workpiece as designed.
Die Volumenmodelle werden unter Verwendung von Attributen, wie zum Beispiel Halbzeug-, Werkstück- und Delltavolumen, klassifiziert. Ferner können auch Attribute zu Flächen, Löchern, Kanten, Scheitelpunkten und Merkmalen hinzugefügt werden. Die Volumenmodelle und die zu den Modellen, Flächen, Merkmalen etc. zugeordneten Attribute werden verwendet, um die aufeinanderfolgenden Schnittiefen für den Bearbeitungsvorgang zu bestimmen. Der Anwender gibt eine Bearbeitungseinstellung und eine Bearbeitungsstrategie ein. Das System bestimmt automatisch die besten Schnittiefen aus den Volumenmodellen und der Bearbeitungsstrategie. Jede Schnittiefe wird verwendet, um eine Schnittebene zu erzeugen, welche mit den Flächen der Volumenmodellierung überlagert ist, um die Kurven zu bestimmen, welche die Bereiche darstellen, in die das Werkzeug eintreten kann. Das Volumenmodell und die zugeordneten Attribute werden daher verwendet, um zu verhindern, daß das Werkzeug in das Werkstück eingreift bzw. es verletzt.The volume models are created using attributes such as semi-finished product, workpiece and delta volume. classified. Attributes can also be added to surfaces, holes, edges, vertices and features. The solid models and the attributes associated with the models, surfaces, features, etc. are used to determine the successive depths of cut for the machining operation. The user enters a machining setting and a machining strategy. The system automatically determines the best depths of cut from the solid models and the machining strategy. Each depth of cut is used to create a cutting plane which is superimposed on the surfaces of the solid modeling to determine the curves representing the areas into which the tool can enter. The solid model and the associated attributes are therefore used to prevent the tool from penetrating or damaging the workpiece.
Eine Übersicht über das Volumenmodellierungsverfahren zur Herstellung von Werkstücken ist graphisch in Fig. 1 dargestellt. Ein Volumenmodell des Werkstücks wird zuerst in einem Block 20 geschaffen. Das Volumenmodell enthält eine Beschreibung der Oberflächengeometrie des Werkstücks, der Topologie des Werkstücks und zusätzliche Informationen, welche Merkmale des Werkstücks wie zum Beispiel Löcher, Überstände und Vertiefungen beschreiben. Die Volumenmodelle können von einem Nullpunkt aus, durch Wiederverwenden eines früher geschaffenen Modells aus einer Rechnerbibliothek von Volumenmodellen, oder durch Abwandeln von Modellen geschaffen werden, die aus der Rechnerbibliothek erzielt werden. Ein Beispiel für ein Konstruktionsmodell ist in Fig. 2 gezeigt. Die Figuren 2 bis 8 sind Darstellungen von Bildern, welche von CRT-Anzeigen von Computermodellen erhältlich sind.An overview of the solid modeling process for manufacturing workpieces is graphically shown in Fig. 1. A solid model of the workpiece is first created in a block 20. The solid model contains a description of the surface geometry of the workpiece, the topology of the workpiece, and additional information describing features of the workpiece such as holes, projections, and depressions. The solid models can be created from a starting point, by reusing a previously created model from a computer library of solid models, or by modifying models obtained from the computer library. An example of a design model is shown in Fig. 2. Figures 2 through 8 are representations of images available from CRT displays of computer models.
Werkstückmodelle werden gewöhnlich in einer Konstruktionsabteilung unter Zuhilfenahme eines CAD/CAM-Konst- ruktionssystems geschaffen. Diese CAD/CAM-Systeme unterstützen die Erzeugung von Volumenmodellen, welche eine Vielzahl von Modellierungstechnologien nutzen, die das Schaffen von primitiven Formen, wie zum Beispiel Blöcken und Zylindern, Ziehen von geschlossenen 2-D-Profilen, und kreisförmige Bögen (circular sweeps) von 2-D-Profilen enthält. Die logischen Operationen der Vereinigung und Unterscheidung werden während der gesamten Konstruktionsprozedur hindurch verwendet. Während jeder Operation behält der Volumenmodellierer Computermodelle bei, die die Topologie und Geometrie des resultierenden Volumenobjekts beschreiben.Workpiece models are usually created in a design department using a CAD/CAM design struction system. These CAD/CAM systems support the creation of solid models that use a variety of modeling technologies that include the creation of primitive shapes such as blocks and cylinders, drawing closed 2-D profiles, and circular sweeps of 2-D profiles. The logical operations of union and discrimination are used throughout the design procedure. During each operation, the solid modeler maintains computer models that describe the topology and geometry of the resulting solid object.
Spezielle Merkmale, wie zum Beispiel Löcher, Taschen, Erhöhungen oder Vertiefungen, werden in das Modell des Werkstücks eingefügt. Ein einfaches Loch kann zum Beispiel durch Subtrahieren eines Zylinders von einem Modell des Werkstücks modelliert werden, wobei eine innere zylindrische Fläche am Modell verbleibt. Informationen in Form von Attributen können dann zur zylindrischen Fläche hinzugefügt werden, um das gewünschte Design zu beschreiben, wie zum Beispiel "for #2 Phillips screw". Bearbeitungszyklen und -toleranzen zur Realisierung eines Lochs für eine "# 2 Phillips screw" können dann abgeleitet werden.Special features, such as holes, pockets, ridges or depressions, are inserted into the model of the workpiece. For example, a simple hole can be modeled by subtracting a cylinder from a model of the workpiece, leaving an inner cylindrical surface on the model. Information in the form of attributes can then be added to the cylindrical surface to describe the desired design, such as "for #2 Phillips screw". Machining cycles and tolerances to create a hole for a "# 2 Phillips screw" can then be derived.
Fig. 2 zeigt ein Computermodell eines Werkstücks 201, wie es auf einem CRT-Bildschirm angezeigt wird. Das Werkstück 201 ist zum Beispiel gekennzeichnet durch zylindrische Löcher 202, Taschen 203, eine äußere Fläche 204, eine innere Taschenfläche 205 und eine Übergangsfläche 206. Eine Übergangsfläche ist eine Fläche, die den Übergang von einer Fläche zu seinen angrenzenden Flächen derart beschreibt, daß die Wege von der ersten Fläche zur zweiten Fläche kontinuierlich bzw. stetig sind.Fig. 2 shows a computer model of a workpiece 201 as displayed on a CRT screen. The workpiece 201 is characterized, for example, by cylindrical holes 202, pockets 203, an outer surface 204, an inner pocket surface 205, and a transition surface 206. A transition surface is a surface that describes the transition from one surface to its adjacent surfaces such that the paths from the first surface to the second surface are continuous.
Ein Ablaufplan (Block 21 in Fig. 1) wird verwendet, um die Stufen des Bearbeitungsprozesses zu planen und zu dokumentieren. Der Ablaufplan wird gewöhnlich frühzeitig durch einen Fertigungstechniker im Fertigungszyklus geschaffen. Der Ablaufplan kann in Form eines "Makros" sein, zum Beispiel Wärmebehandlung des Werkstücks, Bearbeiten des Werkstücks unter Verwendung des Bearbeitungswerkzeugs # 12 mit dem Halbzeug aus dem Behälter # 2, Entgraten des Werkstücks am Bearbeitungszentrum # 15 und Führen des fertigen Werkstücks zur Kontrolle. Der Ablaufplan kann weitere spezifische Details, wie zum Beispiel Stirnfräsen des Halbzeugs auf eine Tiefe von 0,15; Schruppen der Taschen auf 0,50 und Endfräsen; Anbohren aller Löcher und Bohren von Löchern mit einem Durchmesser von 0,234 Zoll, enthalten. Ablaufpläne können von vollständig dokumentierten Plänen zu Plänen reichen, die nur im Gedächtnis des Anwenders bestehen.A schedule (block 21 in Fig. 1) is used to plan and document the stages of the machining process. The schedule is usually created early in the manufacturing cycle by a manufacturing engineer. The schedule may be in the form of a "macro," for example, heat treating the workpiece, machining the workpiece using machining tool #12 with the stock from bin #2, deburring the workpiece at machining center #15, and sending the finished workpiece for inspection. The schedule may include other specific details such as face milling the stock to a depth of 0.15; roughing the pockets to 0.50 and finish milling; spot drilling all holes and drilling 0.234" diameter holes. Schedules may range from fully documented schedules to schedules that exist only in the user's memory.
Drei weitere Modelle sind erforderlich, um den Herstellungsprozeß zu definieren. Diese Modelle sind: 1) ein Halbzeugmodell, welches die exakte Gestalt des Rohteiles darstellt, welches auf dem Bearbeitungswerkzeug zerspant werden wird; 2) Deltavolumen, welche Volumen an Material darstellen, die während der Herstellung des Werkstücks abbearbeitet werden; und 3) Modelle der Bearbeitungseinstellung mit der Bearbeitungstabelle, Spannvorrichtungen und Klemmen. Diese resultierenden Modelle (Block 23 in Fig. 1) werden während des gesamten Bearbeitungsprozesses verwendet. Die Deltavolumenmodelle werden während des gesamten Herstellungsprozesses kontinuierlich aktualisiert. Halbzeugmodelle könnten interaktiv geschaffen werden, aber sie werden gewöhnlich aus bestehenden Datenbanken mit Halbzeuggestalten aufgerufen. Bearbeitungseinstellungsmodelle werden ebenfalls oftmals von bestehenden Datenbanken aufgerufen. Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Halbzeugmodells 301, wie es auf einem CRT-Bildschirm angezeigt wird. Fig. 3 zeigt ebenfalls Klemmen 302 und Einrichtknöpfe bzw. Anschläge 303. Die Klemmen 302 halten das Halbzeug 301 auf dem Bearbeitungstisch. Die Anschläge werden zur exakten Positionierung des Halbzeugs für die Bearbeitung verwendet. Deltavolumen werden automatisch unter Verwendung einer logischen Operation zur Volumenmodellierung durch Subtrahieren des Werkstückmodells vom Halbzeugmodell geschaffen. Der Ablaufplan kann die Deltavolumen ferner in kleinere, besser bearbeitbare Deltavolumen unterteilen. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, wie das Werkstück aus dem Halbzeug durch Positionieren eines Volumenmodells des Werkstücks 201 innerhalb des Volumenmodells des Halbzeuges 301 realisiert werden kann. Durch Subtrahieren des Werkstücks vom Halbzeug werden schließlich Deltavolumen gemäß der Darstellung in Fig. 5 definiert. In Fig. 5 ist das Deltavolumen 501 das Volumen des Halbzeuges 301, welches nicht am Werkstück 201 verbleibt. Die Deltavolumen 502 sind Zylinder, welche das Material darstellen, das zum Ausbilden der Löcher 202 zu entfernen ist. Die Deltavolumen 503 stellen das Material dar, welches zum Herstellen der Taschen 203 zu entfernen ist. Das Werkstück wird hergestellt durch Bearbeiten der Deltavolumen, d. h., das Werkstück wird hergestellt durch Programmieren des Bearbeitungswerkzeuges, um das Material zu entfernen, welches durch das Deltavolumen bzw. die Deltavolumen definiert wird.Three additional models are required to define the manufacturing process. These models are: 1) a stock model representing the exact shape of the blank that will be machined on the machining tool; 2) delta volumes representing volumes of material that will be machined during the manufacture of the workpiece; and 3) machining setup models including the machining table, fixtures, and clamps. These resulting models (block 23 in Fig. 1) are used throughout the machining process. The delta volume models are continuously updated throughout the manufacturing process. Stock models could be created interactively, but they are usually retrieved from existing stock shape databases. Machining setup models are also often retrieved from existing databases. Fig. 3 shows an example of a stock model 301 as displayed on a CRT screen. Fig. 3 also shows clamps 302 and Set-up knobs or stops 303. The clamps 302 hold the semi-finished product 301 on the machining table. The stops are used to precisely position the semi-finished product for machining. Delta volumes are automatically created using a logical solid modeling operation by subtracting the workpiece model from the semi-finished product model. The flow chart can further divide the delta volumes into smaller, more machineable delta volumes. From Fig. 4 it can be seen how the workpiece can be realized from the semi-finished product by positioning a solid model of the workpiece 201 within the solid model of the semi-finished product 301. Finally, by subtracting the workpiece from the semi-finished product, delta volumes are defined as shown in Fig. 5. In Fig. 5, the delta volume 501 is the volume of the semi-finished product 301 that does not remain on the workpiece 201. The delta volumes 502 are cylinders that represent the material to be removed to form the holes 202. The delta volumes 503 represent the material to be removed to create the pockets 203. The workpiece is created by machining the delta volumes, ie, the workpiece is created by programming the machining tool to remove the material defined by the delta volume(s).
Der Anwender kann also einfache und/oder komplexe Herstellungsattribute hinzufügen, wenn er den Ablaufplan in Block 10 von Fig. 1 durchläuft. Einfache Attribute, wie zum Beispiel die Materialart oder Oberflächenbeschaffenheit für eine Fläche, werden gewöhnlich dem Halbzeugmodell zugeordnet. Komplexe Attribute, wie zum Beispiel ein Regelsatz zur Bearbeitung eines bestimmten Merkmals, wie zum Beispiel einer Tasche oder eines Schlitzes, wer den diesem Merkmal zugeordnet. Ein Beispiel für ein komplexes Attribut wäre eine Maschinenstrategie für eine Tasche, wie zum Beispiel: (1) Anfangsbohrung mit Werkzeug # 1; (2) Schruppen der Tasche mit Werkzeug # 2; (3) Fertigbearbeiten des Bodens der Tasche mit Werkzeug # 3; (4) Fertigbearbeiten der Seitenwände der Tasche mit Werkzeug # 4.Thus, the user can add simple and/or complex manufacturing attributes as he or she steps through the flow chart in block 10 of Figure 1. Simple attributes, such as the material type or surface finish for a face, are usually associated with the stock model. Complex attributes, such as a set of rules for machining a particular feature, such as a pocket or slot, are associated with that feature. An example of a complex attribute would be a machine strategy for a pocket, such as: (1) Initial hole with tool # 1; (2) Roughing the pocket with tool #2; (3) Finishing the bottom of the pocket with tool #3; (4) Finishing the side walls of the pocket with tool #4.
Nachfolgend werden das Bearbeitungswerkzeug zum Herstellen des Werkstücks sowie die individuellen Einstellungen an der Maschine ausgewählt (Halbzeugpositionierung, Befestigung, Klemmung, etc.), wie es durch Block 11 in Fig. 1 dargestellt wird. In diesem Block werden Volumenmodelle des Bearbeitungstisches, am Bearbeitungstisch angefügte Feststellvorrichtungen und Klemmen zum Halten des Halbzeuges an den Befestigungsvorrichtungen modelliert. Wie die Modelle der Halbzeuge werden auch die Modelle der Feststellvorrichtungen und Klemmen gewöhnlich aus einer Bibliothek mit vordefinierten Komponenten ausgewählt. Jegliche Modelle, die nicht von Anfang an in der Bibliothek sind, werden geschaffen, wenn der Bedarf für diese Modelle ansteigt. Die Befestigungsvorrichtungen und Klemmen werden übereinandergreifend positioniert, d. h., der Bediener positioniert die Modelle der Befestigungsvorrichtungen und Klemmen durch Bewegen ihrer bildlichen Darstellungen auf einem computergesteuerten CRT-Bildschirm unter Zuhilfenahme von Einrichtungen zum Drehen und Längsverschieben, um die korrekte Lage und Orientierung jeder Befestigungsvorrichtung oder Klemme zu erhalten. Die Ausgabe einer Spezifizierung einer Bearbeitungseinstellung ist die Definition der Bearbeitungsumgebung im Block 22, komplett mit den Orientierungen der Befestigungsvorrichtung und Klemmen. Block 11 markiert den Beginn einer sich wiederholenden Abfolge Block 11 bis 15, die wiederholt wird, bis alle Deltavolumen bearbeitet wurden. Bei nachfolgenden Wiederholungen kann eine neue Einstellung erforderlich sein oder nicht. Gemäß Fig. 3 enthält die Bearbeitungsumgebung Anschläge, um das Positionieren des Halbzeuges zu unterstützen, und Klemmen, um Halbzeug auf dem Bearbeitungstisch an seinem Ort zu halten.Next, the machining tool for producing the workpiece is selected, as well as the individual settings on the machine (semi-finished product positioning, fixtures, clamping, etc.), as shown by block 11 in Fig. 1. In this block, solid models of the machining table, fixtures attached to the machining table, and clamps for holding the semi-finished product to the fixtures are modeled. Like the semi-finished product models, the fixture and clamp models are usually selected from a library of predefined components. Any models not initially in the library are created as the need for these models increases. The fixtures and clamps are positioned in an overarching fashion, that is, the operator positions the fixture and clamp models by moving their graphical representations on a computer-controlled CRT screen using rotation and translation devices to obtain the correct location and orientation of each fixture or clamp. The output of a machining setup specification is the definition of the machining environment in block 22, complete with the orientations of the fixture and clamps. Block 11 marks the beginning of a repeating sequence of blocks 11 to 15, which is repeated until all delta volumes have been machined. On subsequent iterations, a new setup may or may not be required. According to Fig. 3, the machining environment includes stops to assist in positioning the semi-finished product and clamps to To keep the semi-finished product in place on the processing table.
Wenn eine Einstellung definiert wurde, werden die individuellen Operationen innerhalb der Grundeinstellung geplant und durchgeführt. Die Spezifizierung der Herstellungsoperationen gemäß Block 12 beginnt mit der Auswahl von einem oder mehreren Deltavolumen gemäß Block 23, die zu bearbeiten sind. Der Anwender wählt dann eine Bearbeitungsstrategie und ein Schneidwerkzeug aus, um die Operation gemäß Block 24 auszuführen. Die Ausgabe im Block 12 ist das gegenwärtige Deltavolumen und die Bearbeitungs- Strategie gemäß Block 25 zum Entfernen des Deltavolumens.Once a setup has been defined, the individual operations within the basic setup are planned and executed. The specification of the manufacturing operations according to block 12 begins with the selection of one or more delta volumes according to block 23 to be machined. The user then selects a machining strategy and a cutting tool to perform the operation according to block 24. The output in block 12 is the current delta volume and the machining strategy according to block 25 to remove the delta volume.
Block 13 stellt die automatische Generierung der NC- Werkzeugwege dar. Die Eingaben zu Block 13 enthalten vom Block 25 das zu bearbeitende, gegenwärtige Deltavolumen, ebenfalls von Block 25 die zugehörige Bearbeitungsstrategie und die Definition der Bearbeitungsumgebung gemäß Block 22. NC-Bearbeitungswege werden automatisch in Block 26 generiert und für die spätere Bearbeitung mit dem tatsächlichen Bearbeitungswerkzeug gespeichert. Die NC-Werkzeugweggenerierung kann ein automatisches Schruppen, eine automatische Fertigbearbeitung oder eine Kombination von beiden enthalten, wie jeweils vom Anwender spezifiziert wurde.Block 13 represents the automatic generation of NC toolpaths. The inputs to block 13 contain the current delta volume to be machined from block 25, the associated machining strategy from block 25 and the definition of the machining environment according to block 22. NC machining paths are automatically generated in block 26 and saved for later machining with the actual machining tool. The NC toolpath generation can include automatic roughing, automatic finishing or a combination of both, as specified by the user.
Die Werkzeugwege werden in Block 14 kontrolliert bzw. bestätigt. Hier werden Bearbeitungsvolumen automatisch generiert, um Modelle des Gesamtvolumens des Zwischenraumes zu modellieren, welcher durch das Schneidwerkzeug bei dem von Block 26 erhaltenen NC-Werkzeugweg durchquert wird. Die Bearbeitungsvolumen werden dann von den gegenwärtigen Deltavolumen, welche aus Block 28 erzielt werden, abgezogen, um jegliches Material zu modellieren, welches nicht entfernt war. Nicht entferntes Material wird zu neuen Deltavolumen, welche wiederum gespeichert werden und während nachfolgender Bearbeitungsschritte gemäß der Darstellung in Block 23 bearbeitet werden. Die Bearbeitungsvolumen werden auch von dem durch Block 23 erhaltenen Halbzeugmodell abgezogen, um die exakte Gestalt des Halbzeuges zu modellieren, nachdem die gegenwärtige Operation mit dem Bearbeitungswerkzeug durchgeführt wurde. Das abgewandelte Halbzeugmodell wird das gegenwärtige Halbzeugmodell und in Block 23 gespeichert. Fig. 6 zeigt zwei Bearbeitungsvolumen 601, die aus einer automatischen Werkzeugweggenerierung der Taschen in der Mitte des Werkstücks resultieren. Die Bearbeitungsvolumen erstrecken sich bis oberhalb des Halbzeuges, da sie für die gesamte zylindrische Länge des Werkzeuges modelliert wurden. Wenn die Bearbeitungsvolumen von den Deltavolumen abgezogen sind, zeigt Fig. 7 das Ergebnis der Bearbeitungsoperation. Das meiste der Deltavolumen der Tasche wurde entfernt, aber einiges Material verbleibt rund um die Wandungen der Taschen und in den Ecken der Taschen. Dieses Material wird als neues Deltavolumen model liert, welches nachfolgend mit einer unterschiedlichen Bearbeitungsstrategie bearbeitet werden wird.The toolpaths are checked or confirmed in block 14. Here, machining volumes are automatically generated to model the total volume of the gap traversed by the cutting tool in the NC toolpath obtained from block 26. The machining volumes are then subtracted from the current delta volumes obtained from block 28 to model any material that was not removed. Material not removed becomes new delta volumes, which in turn stored and machined during subsequent machining steps as shown in block 23. The machining volumes are also subtracted from the stock model obtained by block 23 to model the exact shape of the stock after the current operation has been performed with the machining tool. The modified stock model becomes the current stock model and is stored in block 23. Fig. 6 shows two machining volumes 601 resulting from automatic toolpath generation of the pockets in the center of the workpiece. The machining volumes extend above the stock because they were modeled for the entire cylindrical length of the tool. When the machining volumes are subtracted from the delta volumes, Fig. 7 shows the result of the machining operation. Most of the pocket delta volumes have been removed, but some material remains around the walls of the pockets and in the corners of the pockets. This material is modeled as a new delta volume which will subsequently be machined with a different machining strategy.
Dieser Ablauf setzt sich fort, bis alle Deltavolumen bearbeitet wurden (Block 15), woraufhin alle wichtigen Bearbeitungsdaten im Block 26 gesammelt und zur Anwendung an einem numerisch gesteuerten Bearbeitungswerkzeug bearbeitet werden, welches durch Block 27 dargestellt wird. Fig. 8 zeigt das Beispielteil 201, welches sich aus dem Halbzeug 301 nach verschiedenen ausgeführten Bearbeitungsoperationen herauskristallisiert. Das Volumen 801 stellt das Volumen des Halbzeuges 301 dar, welches nicht tatsächlich durch die Werkzeugschneide entfernt wurde. Der Spalt 802 stellt Material dar, welches durch die Werkzeugschneide entfernt wurde. Um den Rest des Materials abzutrennen, ist eine andere Bearbeitungseinstellung erforderlich, welche erneut im Block 11 zu spezifizieren ist, so daß das Material unter den Klemmen entfernt werden kann.This sequence continues until all delta volumes have been machined (block 15), whereupon all important machining data are collected in block 26 and processed for application to a numerically controlled machining tool, which is represented by block 27. Fig. 8 shows the example part 201 crystallized from the semi-finished product 301 after various machining operations have been performed. The volume 801 represents the volume of the semi-finished product 301 that was not actually removed by the tool cutting edge. The gap 802 represents material that was removed by the tool cutting edge. To separate the rest of the material, another machining setting is required, which must be specified again in block 11. so that the material under the clamps can be removed.
Alles in allem stellt die vorliegende Erfindung einen wesentlichen Fortschritt in der computerunterstützten Fertigung dar, da sie Herstellungstechniker, anders als herkömmliche Systeme, mit einer intuitiven bzw. vorhersehbaren und leistungsstarken Einrichtung zum Entwickeln einer Strategie zum Bearbeiten eines computermodellierten Werkstücks und zum Spezifizieren der Strategie, aus welcher die NC-Werkzeugwege automatisch generiert werden, versorgt. Die vorliegende Erfindung versorgt Herstellungstechniker ferner mit einer intuitiven bzw. überschaubaren Einrichtung zum Durchführen der Planung, Organisation und Kommunikation für die Herstellung von Werkstücken unter Verwendung der automatischen Werkzeugweggenerierung. Dieser Ablauf kann eine bedeutende Steigerung der Produktivität gegenüber herkömmlichen computerunterstützten Fertigungen erreichen.Overall, the present invention represents a significant advance in computer-aided manufacturing because, unlike conventional systems, it provides manufacturing engineers with an intuitive and powerful means for developing a strategy for machining a computer-modeled workpiece and specifying the strategy from which NC toolpaths are automatically generated. The present invention also provides manufacturing engineers with an intuitive means for performing planning, organizing, and communicating for the manufacture of workpieces using automatic toolpath generation. This process can achieve a significant increase in productivity over conventional computer-aided manufacturing.
Ein erster Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren zum Zusammenführen von Bearbeitungsstrategien und Bearbeitungsattributen von Modellen des herzustellenden Werkstücks und Modellen des Halbzeuges des herzustellenden Werkstücks zu schaffen.A first purpose of the present invention is to provide methods for merging machining strategies and machining attributes of models of the workpiece to be manufactured and models of the semi-finished product of the workpiece to be manufactured.
Ein zweiter Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren zum Modellieren der vollständigen Bearbeitungsumgebung zu schaffen.A second purpose of the present invention is to provide methods for modeling the complete processing environment.
Ein dritter Zweck der vorliegenden Erfindung es, Verfahren zum Modellieren des exakt zu entfernenden Materials (Deltavolumen) zu schaffen.A third purpose of the present invention is to provide methods for modeling the exact amount of material to be removed (delta volume).
Ein vierter Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, Verfahren für zugeordnete Bearbeitungsstrategien vom zu entfernenden Material (Deltavolumen) zu schaffen.A fourth purpose of the present invention is to provide methods for associated processing strategies of the material to be removed (delta volume).
Ein fünfter Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, Verfahren zur automatischen Erzeugung von Schrupp- Werkzeugwegen für Deltavolumen zu schaffen.A fifth purpose of the present invention is to provide methods for automatically generating roughing toolpaths for delta volumes.
Ein sechster Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur automatischen Erzeugung von Endbearbeitungs- bzw. Schlicht-Werkzeugwegen für alle oder Abschnitte der Deltavolumen zu schaffen.A sixth purpose of the present invention is to provide a method for automatically generating finishing toolpaths for all or portions of the delta volumes.
Ein siebter Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Modellieren des Materials zu schaffen, welches nach der Bearbeitungsoperation zum Abtrennen verbleibt.A seventh purpose of the present invention is to provide a method for modeling the material remaining after the machining operation for separation.
Diese und weitere Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend in einer detaillierten Beschreibung der Erfindung mittels der vorliegenden Figuren und der zugehörigen Ansprüche näher erläutert.These and other aspects of the present invention are explained in more detail below in a detailed description of the invention by means of the accompanying figures and the associated claims.
Fig. 1 ist ein Ablaufdiagramm für den gesamten Softwareablauf;Fig. 1 is a flow chart for the entire software flow;
Fig. 2 ist ein Beispiel eines von der Konstruktion erzielten Werkstückmodells;Fig. 2 is an example of a workpiece model obtained by the design;
Fig. 3 ist ein Beispiel eines Halbzeugmodells, von dem das Werkstück abgetrennt werden soll;Fig. 3 is an example of a semi-finished product model from which the workpiece is to be separated;
Fig. 4 ist ein Beispiel eines innerhalb eines Halbzeugmodells positionierten Werkstückmodells;Fig. 4 is an example of a workpiece model positioned within a semi-finished product model;
Fig. 5 ist ein Beispiel von Deltavolumen, die durch Subtrahieren des Werkstücks vom Halbzeug erzielt werden;Fig. 5 is an example of delta volumes obtained by subtracting the workpiece from the stock;
Fig. 6 ist ein Beispiel von Bearbeitungsvolumen für zwei innere Taschen des Werkstücks;Fig. 6 is an example of machining volumes for two inner pockets of the workpiece;
Fig. 7 ist ein Beispiel für ein abgewandeltes Deltavolumen und ein abgewandeltes Halbzeug;Fig. 7 is an example of a modified delta volume and a modified semi-finished product;
Fig. 8 ist ein Beispiel für ein Halbzeug nach verschiedenen Durchläufen durch das Verfahren;Fig. 8 is an example of a semi-finished product after various passes through the process;
Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm, welches den detaillierten Verfahrensablauf beschreibt;Fig. 9 is a flow chart describing the detailed process flow;
Fig. 10 ist eine Beispielsliste, welche eine Bearbeitungsstrategie beschreibt;Fig. 10 is an example list describing a processing strategy;
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, welches ein automatisiertes ND-Schruppen und -Schlichten im Detail zeigt;Fig. 11 is a block diagram showing an automated ND roughing and finishing in detail;
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, welches die detaillierte Hinzufügung der Herstellungsattribute beschreibt;Fig. 12 is a block diagram describing the detailed addition of the manufacturing attributes;
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, welches das detaillierte Modellieren der Bearbeitungseinstellung beschreibt.Fig. 13 is a block diagram describing the detailed modeling of the machining setting.
Der Bearbeitungsprozeß auf Volumenbasis wird im Detail anhand von Fig. 9 erläutert. Der hier diskutierte Ablauf beruht auf bestimmte grundlegende Charakteristiken eines Volumenmodellierers. Der Volumenmodellierer muß zuverlässig bei der Durchführung von logischen Operationen sein, insbesondere hinsichtlich der Tangentialität und Koplanarität von Oberflächen, wie es in diesem Gebiet bekannt ist. Der Ablauf setzt einen Volumenmodellierer voraus, der exakt ist (nicht näherungsweise) und der eine Grenzdarstellung erzeugen kann. Der Modellierer muß die Erzeugung der Attribute des Anwenders auf den Modellkörpern, Flächen, Kanten, Scheitelpunkten und Merkmalen unterstützen. Zusätzlich muß der Modellierer das Einfügen von Attributen während der logischen Operationen erlauben. Ein Modellierer, der für diesen Ablauf geeignet ist, ist der ACIS Geometric Modeler von der SPATIAL TECHNOLOGY INC., Boulder, Colorado, welcher im Handel erhältlich ist. Weitere Volumenmodellierer, die zum Durchführen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind der Parasolid modeler, verfügbar von der McDonnell Douglas Corp., Cypress, California; XOX, verfügbar von XOX, Minneapolis, Minnesota; und Designbase, verfügbar von Ricoh Corp., Japan.The volume-based machining process is explained in detail with reference to Fig. 9. The procedure discussed here is based on certain basic characteristics of a volume modeler. The volume modeler must be reliable in performing logical operations, particularly with regard to the tangency and coplanarity of surfaces, as is known in the field. The procedure assumes a volume modeler that is exact (not approximate) and that has a boundary representation. The modeler must support the creation of the user's attributes on the model bodies, faces, edges, vertices and features. In addition, the modeler must allow the insertion of attributes during logical operations. One modeler suitable for this procedure is the ACIS Geometric Modeler from SPATIAL TECHNOLOGY INC., Boulder, Colorado, which is commercially available. Other solid modelers suitable for carrying out the present invention are the Parasolid modeler, available from McDonnell Douglas Corp., Cypress, California; XOX, available from XOX, Minneapolis, Minnesota; and Designbase, available from Ricoh Corp., Japan.
ACIS ist in C++ geschrieben. Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden so beschrieben, daß sie ACIS anwenden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch unter Einbeziehung aller hier beschriebener spezifischer Ausführungsformen mit jedem der oben aufgelisteten Volumenmodellierer praktiziert werden.ACIS is written in C++. Certain embodiments of the present invention are described as employing ACIS. However, the present invention may be practiced with any of the solid modelers listed above, including all of the specific embodiments described herein.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 9 dargestellt. Die Einzelblöcke gemäß Fig. 1 werden durch unterschiedliche Unterblöcke in der Darstellung der vorliegenden Ausführungsform in Fig. 9 dargestellt, z. B. Block 10 aus Fig. 1 wird durch die Blöcke 10-1, 10-2 und 10-3 in Fig. 9 dargestellt. Gleichermaßen wird Block 25 gemäß Fig. 1 durch die Blöcke 25- 1 und 25-2 in Fig. 9 dargestellt. Weitere Details des Ablaufes gemäß der Darstellung in Fig. 9 werden in Fig. 10 (Auflistung einer Beispielliste, welche eine Bearbeitungsstrategie für die Blöcke 12-2 von Fig. 9 beschreibt); Fig. 11 (Detaillieren der NC-Werkzeugweggenerierung, Block 13 in Fig. 9); Fig. 12 (Auflisten der Unterschritte, welche auf Block 10-1 in Fig. 9 folgen); und Fig. 13 (Auflisten der Unterschritte, welche auf den Block 11 in Fig. 9 folgen) gezeigt. Die Schritte der bevorzugten Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben. Jedes während dieses Ablaufes erzeugte Modell trägt mit sich ein Attribut, welches spezifiziert, ob dieses spezifische Modell ein Modell ist von z. B. Werkstückmodellen mit einem Attribut, welches das Modell als ein Modell eines Werkstücks identifiziert, und Deltavolumenmodellen mit einem Attribut, welches das Modell als ein Modell eines Deltavolumens identifiziert.A preferred embodiment of the present invention is shown in Fig. 9. The individual blocks according to Fig. 1 are represented by different sub-blocks in the representation of the present embodiment in Fig. 9, e.g. block 10 of Fig. 1 is represented by blocks 10-1, 10-2 and 10-3 in Fig. 9. Similarly, block 25 according to Fig. 1 is represented by blocks 25-1 and 25-2 in Fig. 9. Further details of the sequence according to the representation in Fig. 9 are shown in Fig. 10 (listing an example list describing a machining strategy for blocks 12-2 of Fig. 9); Fig. 11 (detailing the NC tool path generation, block 13 in Fig. 9); Fig. 12 (listing the sub-steps following block 10-1 in Fig. 9); and Fig. 13 (listing the sub-steps following the Block 11 in Fig. 9 follows. The steps of the preferred embodiment are described below. Each model created during this process carries with it an attribute which specifies whether that particular model is a model of, for example, workpiece models with an attribute which identifies the model as a model of a workpiece, and delta volume models with an attribute which identifies the model as a model of a delta volume.
SCHRITT 1: ERZEUGEN DES VOLUMENMODELLS DES WERKSTÜCKS. Gemäß der Darstellung in Block 20 in Fig. 9 beginnt der Ablauf mit der Beschreibung eines Volumenmodelis des mechanischen Werkstücks, welches zu bearbeiten ist. Das Modell kann ausgehend von einem Nullpunkt, durch Wiedergabe eines zuvor gespeicherten Modells oder durch Abwandeln eines zuvor gespeicherten Modells geschaffen werden. Das Modell des Werkstücks trägt mit sich ein Attribut, welches identifiziert, daß das spezifische Modell ein Modell eines Werkstücks ist.STEP 1: CREATING THE SOLID MODEL OF THE WORKPIECE. As shown in block 20 in Fig. 9, the process begins with describing a solid model of the mechanical workpiece to be machined. The model can be created starting from a zero point, by reproducing a previously stored model, or by modifying a previously stored model. The model of the workpiece carries with it an attribute which identifies that the specific model is a model of a workpiece.
SCHRITT 2: ENTWICKELN EINES ABLAUFPLANES FÜR DIE BEARBEITUNG DES WERKSTÜCKS Der nachfolgende Schritt dient zum Entwickeln eines Ablaufplanes (Block 21) zum Bearbeiten des Werkstücks Dieser Schritt kann vor oder nach den Schritten 3, 4, 5 oder 6 ausgeführt werden. Der Ablaufplan ist der gesamte konzeptuelle Plan, welcher beschreibt, wie das Werkstück zu fertigen ist. Er wird in Verbindung mit den Schritten 3, 4, 5 oder 6, und nicht unabhängig von diesen, durchgeführt, d. h., der Ablaufplan kann basierend auf die Informationen eingestellt werden, welche in den Schritten 3, 4, 5 oder 6 entwickelt wurden. Schwierigkeiten beim Entwickeln einer Bearbeitungsstrategie in Schritt 3 für ein bestimmtes Merkmal können zum Beispiel das Abwandeln des Ablaufplanes erforderlich machen, um die Quelle der Schwierigkeit zu beseitigen.STEP 2: DEVELOP A PROCESS PLAN FOR MACHINING THE WORKPIECE The following step is to develop a process plan (block 21) for machining the workpiece. This step can be performed before or after steps 3, 4, 5, or 6. The process plan is the overall conceptual plan that describes how the workpiece is to be manufactured. It is performed in conjunction with steps 3, 4, 5, or 6, and not independently of them, i.e., the process plan can be adjusted based on the information developed in steps 3, 4, 5, or 6. For example, difficulties in developing a machining strategy in step 3 for a particular feature may require modifying the process plan to eliminate the source of the difficulty.
Der Ablaufplan führt die Aktionen des Anwenders durch das Verfahren. Der Ablaufplan kann zum Beispiel anfordern, daß das Halbzeugmaterial Aluminium # 1 ist. Der Anwender würde diese Spezifizierung durch Eingabe "Aluminium # 1" als das Materialeigenschaftsattribut des Halbzeugmodells einbringen. Wenn der Ablaufplan eine Toleranz von 0,0001 für ausgewählte Löcher fordert, würde der Anwender "0,0001" als das Lochdurchmessertoleranzattribut für alle ausgewählten Löcher eingeben.The flowchart guides the user's actions through the process. For example, the flowchart may require that the stock material be Aluminum #1. The user would make this specification by entering "Aluminum #1" as the material property attribute of the stock model. If the flowchart requires a tolerance of 0.0001 for selected holes, the user would enter "0.0001" as the hole diameter tolerance attribute for all selected holes.
SCHRITT 3: HINZUFÜGEN VON HERSTELLUNGSATTRIBUTEN ZUM WERKSTÜCK. Herstellungsattribute können zum gesamten Werkstückmodell, wie auch zu Merkmalen, Flächen, Kanten etc. des Werkstücks hinzugefügt werden (10-1). Techniken zum Hinzufügen von Attributen zu Volumenmodellen sind im Gebiet der Volumenmodellierung wohl bekannt. Sie enthalten gewöhnlich Eingabedaten zu zusätzlichen Datenfeldern, welche mit dem Körper eines Werkstücks, jeder Fläche des Körpers, jeder Kante des Körpers und jedem Scheitel- bzw. Übergangspunkt des Körpers verbunden sind. Zum Beispiel werden alle Flächen des Werkstückmodells mit einem einfachen Attribut markiert, welches jede Fläche als begrenzendes "Teil" identifiziert.STEP 3: ADDING MANUFACTURING ATTRIBUTES TO THE WORKPIECE. Manufacturing attributes can be added to the entire workpiece model, as well as to features, faces, edges, etc. of the workpiece (10-1). Techniques for adding attributes to solid models are well known in the field of solid modeling. They usually include input to additional data fields associated with the body of a workpiece, each face of the body, each edge of the body, and each vertex or transition point of the body. For example, all faces of the workpiece model are marked with a simple attribute that identifies each face as a bounding "part."
Herstellungsattribute können von einfach bis komplex reichen. Ein Beispiel für ein einfaches Attribut ist eine echte bzw. natürliche Zahl, welche an eine Fläche eines Werkstücks angefügt wird, welche die an der Fläche ver bleibende Materialdicke identifiziert, nachdem der Schruppwerkzeugweg abgeschlossen ist. Ein komplexes Attribut könnte eine vollständige Bearbeitungsstrategie für ein Merkmal sein. Zum Beispiel könnte eine Bearbeitungsstrategie für ein Taschenmerkmal sein, eine Anfangsboh rung der Tasche, ein Ausschruppen der Tasche, eine Fertigbearbeitung der Seitenwände der Tasche und eine Fertigbearbeitung des Bodens der Tasche auszuführen. Diese und weitere Attribute werden während der Erzeugung des NC-Werkzeugweges (Block 13) verwendet, um eine geeignete Werkzeugsteuerung zu schaffen, wie nachfolgend anhand Fig. 11 erläutert wird.Manufacturing attributes can range from simple to complex. An example of a simple attribute is a real number attached to a face of a workpiece that identifies the thickness of material remaining on the face after the roughing toolpath is completed. A complex attribute could be a complete machining strategy for a feature. For example, a machining strategy for a pocket feature could be to initially drill the pocket, rough the pocket, finish the side walls of the pocket, and finish the bottom of the pocket. These and other attributes are used during the generation of the NC tool path (block 13) to provide appropriate tool control, as explained below with reference to Fig. 11.
Es gibt eine Vielzahl von Wegen zum Modellieren komplexer Attribute. Die hier beschriebene Ausführungsform verwendet ein Textfeldattribut, welches einen externen Dateinamen enthält. Die externe Datei enthält Angaben (ein Makro), welche die Bearbeitungsoperationen während jedem Bearbeitungsschritt steuern. Dies kann die Auswahl von einem oder mehrerer Schnittwerkzeuge, die Auswahl des Bearbeitungsverfahrens und das Modellieren von zwischenzeitlichen Deltavolumen durch jeden Bearbeitungsschritt für die Tasche enthalten.There are a variety of ways to model complex attributes. The embodiment described here uses a text field attribute that contains an external file name. The external file contains information (a macro) that controls the machining operations during each machining step. This may include selecting one or more cutting tools, selecting the machining method, and modeling intermediate delta volumes through each machining step for the pocket.
Der Ablauf zum Hinzufügen von Bearbeitungsattributen (Block 10-1) ist näher in Fig. 12 dargestellt. Der Ablauf beginnt durch Hinzufügen einfacher Attribute zum Werkstückmodell, die jede seiner Flächen als begrenzendes "Teil" identifiziert (Block 10-1a). Nachfolgend werden Flächendickenattribute zu jeder Teilfläche hinzugefügt (Block 10-1b), wie aus dem Ablaufplan (Block 21 in Fig. 9) bestimmt ist. Weitere einfache oder komplexe Attribute können, wenn notwendig, für die Erzeugung des Werkzeugweges hinzugefügt werden (Block 10-1e).The flow for adding machining attributes (block 10-1) is shown in more detail in Fig. 12. The flow begins by adding simple attributes to the part model that identify each of its faces as a bounding "part" (block 10-1a). Subsequently, face thickness attributes are added to each face (block 10-1b) as determined from the flow chart (block 21 in Fig. 9). Other simple or complex attributes may be added as necessary for generating the toolpath (block 10-1e).
SCHRITT 4: ERZEUGEN DES VOLUMENMODELLS DES HALBZEUGES. Der Anwender erzeugt dann ein Volumenmodell des Halbzeuges (Block 23-1), von welchem das Werkstück herausgetrennt wird. Die Schritte 3 und 4 müssen vor dem Schritt 5 durchgeführt werden, aber können in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden. Das Halbzeugmodell kann interaktiv geschaffen werden oder kann bereits bestehen und aus einer Bibliothek mit Halbzeugmodellen ausgewählt werden. Halbzeugattribute werden in der gleichen Weise wie Werkstückattribute oder Fertigungsattribute hinzugefügt. Zu diesem Zeitpunkt hinzugefügte Attribute enthalten Attribute, welche das Halbzeugmodell als "Halbzeug" (Block 10-1c) identifizieren, und "Luft-"Attribute, welche die Halbzeugmodellflächen identifizieren, welche die Luft berühren bzw. außen liegen (Block 10-1d). Das "Luft- "Attribut kann einen numerischen Wert enthalten, der anzeigt, welcher Abstand des Werkzeugs beim Herausbewegen aus dem Halbzeug in die Luft zulässig ist. Halbzeugattribute enthalten ferner Materialattribute, welche das Material des Halbzeuges mit der Art des Materials definieren. Die Materialart wird während der NC-Werkzeugweggenerierung zur Auswahl zum Beispiel der Schnittiefe, des Bearbeitungswerkzeuges, der Zustellung des Werkzeugs, des Schnittmusters bzw. der Schnittform, des Überlappungsabstandes, der Schnittrichtung, der Art des Schnittes (herkömmlich oder ansteigend) und der Schnittwerkzeugerfordernisse verwendet. Die Flächen des Halbzeugmodells können ferner als begrenzende "Luft" gekennzeichnet werden, so daß eine optimale Werkzeugsteuerung während der Erzeugung des NC-Werkzeugweges (Block 13 in Fig. 9) erreicht werden kann.STEP 4: CREATE THE SOLID MODEL OF THE SEMI-FINISHED PRODUCT. The user then creates a solid model of the semi-finished product (block 23-1) from which the workpiece is cut. Steps 3 and 4 must be performed before step 5, but can be performed in any order. The semi-finished product model can be created interactively or can already exist and be selected from a library of semi-finished product models. Semi-finished product attributes are added in the same way as workpiece attributes or manufacturing attributes. Attributes added at this time include attributes that identify the stock model as a "stock" (block 10-1c) and "air" attributes that identify the stock model surfaces that touch or are outside the air (block 10-1d). The "air" attribute may contain a numeric value that indicates how far the tool is allowed to move out of the stock and into the air. Stock attributes also contain material attributes that define the material of the stock with the type of material. The material type is used during NC toolpath generation to select, for example, the depth of cut, the machining tool, the tool step-over, the cutting pattern or shape, the overlap distance, the cutting direction, the type of cut (conventional or ramped), and the cutting tool requirements. The surfaces of the semi-finished product model can also be marked as limiting "air" so that optimal tool control can be achieved during the generation of the NC tool path (block 13 in Fig. 9).
SCHRITT 5: SUBTRAKTION DES WERKSTÜCKS VOM HALBZEUG. Wenn das Werkstückmodell und das Halbzeugmodell definiert sind, wird das zu bearbeitende Gesamtmaterial durch Subtrahieren des Werkstückmodells vom Halbzeugmodell (Block 10-2) bestimmt. Dieses Materialvolumen wird als ein oder mehrere Volumenmodelle dargestellt, welche Deltavolumen genannt werden (Block 23-2). Während dieser logischen Operation werden von den Werkstück- und Halbzeugmodellen aufgenommene Bearbeitungsattribute zu entsprechenden Flächen des Deltavolumens (der Deltavolumen) migriert, d. h., die relevanten Attribute des Werkstücks und des Halbzeuges werden automatisch an neue Flächen angefügt, wel che durch die logische Operation geschaffen werden. Dies ermöglicht zum Beispiel das Abtasten von "Teil-"Flächen (jene vom Werkstückmodell) am Deltavolumen. Die Attribut- aufnahme wird automatisch durch das Volumenmodellierungssystem ausgeführt.STEP 5: SUBTRACTION OF WORKPIECE FROM SEMI-FINISHED PRODUCT. Once the workpiece model and the semi-finished product model are defined, the total material to be machined is determined by subtracting the workpiece model from the semi-finished product model (block 10-2). This material volume is represented as one or more volume models called delta volumes (block 23-2). During this logical operation, machining attributes picked up from the workpiece and semi-finished product models are migrated to corresponding surfaces of the delta volume(s), i.e., the relevant attributes of the workpiece and semi-finished product are automatically attached to new surfaces created by the logical operation. This allows, for example, sampling of "partial" surfaces (those of the workpiece model) on the delta volume. The attribute recording is carried out automatically by the solid modeling system.
SCHRITT 6: UNTERTEILEN DER DELTAVOLUMEN. Der Anwender kann dann Deltavolumen in kleinere Deltavolumen unterteilen (Block 10-3), wie dies durch den Ablaufplan im Block 21 gefordert ist. Dies kann ferner auch derart durchgeführt werden, daß individuelle Deltavolumen die Bearbeitungsstrategie des Anwenders bestätigen. Ein oberer rechteckiger Abschnitt eines Deltavolumens kann zum Beispiel in ein separates Deltavolumen unterteilt werden, welches durch eine "Oberflächenbearbeitung" bearbeitet werden kann. Die Unterteilung der Deltavolumen wird zum Beispiel interaktiv oder durch ein Expertensystem durchgeführt unter Verwendung von Volumenmodellierungsunterteilungsoperationen, welche zwei oder mehr neue Volumenmodelle (d. h., die Deltavolumen) schaffen.STEP 6: SUBDIVISION OF DELTA VOLUMES. The user can then subdivide delta volumes into smaller delta volumes (block 10-3) as required by the flow chart in block 21. This can also be done such that individual delta volumes confirm the user's processing strategy. For example, an upper rectangular section of a delta volume can be subdivided into a separate delta volume which can be processed by "surface processing". The subdivision of delta volumes is performed, for example, interactively or by an expert system using volume modeling subdivision operations which create two or more new volume models (i.e., the delta volumes).
Wenn ein Deltavolumen unterteilt ist, werden neue Flächen an den Modellen geschaffen. Während der Unterteilung des Deltavolumens wird ein Attribut "Deltavolumen" hinzugefügt, um erneut Flächen zu schaffen, so daß die Flächen als begrenzend zu einem anderen Deltavolumen (nicht "Luft" oder "Werkstück") identifiziert werden können. Ein Attribut ist ferner so bezeichnet, daß es das andere Deltavolumen identifiziert, dessen jeweils neue Fläche angrenzt. Diese Information kann später während der NC-Werkzeugweggenerierung verwendet werden, um zu bestimmen, wo das Schnittwerkzeug sich bewegen kann und wo nicht. Nach Abschluß des Deltavolumenunterteilungsvorganges wird das abzutragende gesamte Materialvolumen als eine Liste von Deltavolumen gemäß Block 23-2 dargestellt.When a delta volume is subdivided, new surfaces are created on the models. During the subdivision of the delta volume, a "delta volume" attribute is added to re-create surfaces so that the surfaces can be identified as bordering another delta volume (not "air" or "work"). An attribute is also named to identify the other delta volume whose new surface is adjacent. This information can be used later during NC toolpath generation to determine where the cutting tool can and cannot move. After the delta volume subdivision process is complete, the total volume of material to be removed is presented as a list of delta volumes as shown in block 23-2.
SCHRITT 7: MODELLBEARBEITUNGSEINSTELLUNG. Der Anwender modelliert eine Bearbeitungseinstellung in Block 11, um eine oder mehrere Bearbeitungsoperationen zu unterstützen. Die Bearbeitungseinstellungen werden verwendet, um das Halbzeug, die Befestigungseinrichtungen und die Klemmen an der Werkzeugmaschine auszurichten. Die Einstellungen werden dargestellt als Volumenmodelle von Klemmen, Befestigungseinrichtungen, Bearbeitungstischen etc., und sie werden als Volumenmodelle erzielt, welche in Block 22 die gegenwärtige Bearbeitungsumgebung genannt werden. Der Anwender wählt das Bearbeitungswerkzeug. Ist das Bearbeitungswerkzeug einmal gewählt, kann der Anwender auf Bibliotheken bzw. Datenbanken von Werkzeugen und Befestigungseinrichtungen zugreifen, welche mit dem ausgewählten Bearbeitungswerkzeug arbeiten. Bearbeitungsgrenzen, wie zum Beispiel horizontale und vertikale Bewegungsgrenzen, werden identifiziert. Der Anwender wählt, positioniert und überprüft interaktiv die Befestigungseinrichtungen, Klemmen, Anschläge und andere Komponenten der Bearbeitungsumgebung durch Erzeugen der Modelle dieser Komponenten und Positionieren dieser auf dem CRT- Bildschirm. Der Anwender kann ferner spezifische Befestigungseinrichtungen und Klemmen (siehe Blöcke 23-4 und 23- 5 in Fig. 13) konstruieren.STEP 7: MODEL MACHINING SETTING. The user models a machining setting in Block 11 to support one or more machining operations. The machining settings are used to align the workpiece, fixtures, and clamps on the machine tool. The settings are represented as solid models of clamps, fixtures, work tables, etc., and they are obtained as solid models called the current machining environment in block 22. The user selects the machining tool. Once the machining tool is selected, the user can access libraries of tools and fixtures that work with the selected machining tool. Machining limits, such as horizontal and vertical travel limits, are identified. The user interactively selects, positions, and checks the fixtures, clamps, stops, and other components of the machining environment by creating models of these components and positioning them on the CRT screen. The user can also design specific fixtures and clamps (see blocks 23-4 and 23-5 in Fig. 13).
Die Befestigungseinrichtungen, Klemmen und das Halbzeug werden gemäß dem Ablaufplan unter Verwendung der Manipulierfunktionen des Volumenmodellierers gemäß Block 11-1 in Fig. 13 ausgewählt. Ein "Vermeidungs-"Attribut wird an die Klemmen und Befestigungseinrichtungen angefügt, welches diese als unzulässige Orte für das Werkzeug bei einem Eintritt während Schritt 10 macht (Block 11-2). Ein Flächendickenattribut kann an die Flächen der Klemmen und Befestigungseinrichtungen im Block 11-3 hinzugefügt werden, um das Werkzeug mit einem Sicherheitsabstand beabstandet von den Klemmen und Befestigungseinrichtungen zu halten.The fixtures, clamps, and stock are selected according to the schedule using the manipulation functions of the solid modeler as shown in block 11-1 in Fig. 13. An "avoid" attribute is attached to the clamps and fixtures, making them prohibited locations for the tool upon entry during step 10 (block 11-2). A face thickness attribute may be added to the faces of the clamps and fixtures in block 11-3 to keep the tool spaced a safe distance from the clamps and fixtures.
Die Lage und Orientierung der Modelle, welche die Bearbeitungsumgebung darstellen, definieren die Volumen, in welches das Werkzeug nicht eintreten darf. Das Attribut "Vermeiden" wird an jede Fläche hinzugefügt, um es als eine Befestigungseinrichtung oder eine Klemme zu identifizieren. Diese Bearbeitungsumgebung wird durch den NC-Werkzeugweg-Generierungsalgorithmus im Block 13 genutzt, um das Erzeugen einer Werkzeugbewegung zu vermeiden, welche störend in Bearbeitungskomponenten eingreifen kann, wie nachfolgend anhand von Fig. 11 beschrieben wird.The position and orientation of the models representing the machining environment define the volumes into which the tool is not allowed to enter. The attribute "Avoid" is added to each face to identify it as a fixture or clamp. This machining environment is used by the NC toolpath generation algorithm in block 13 to avoid generating tool motion that may interfere with machining components, as described below with reference to Fig. 11.
SCHRITT 8: AUSWAHL EINES DELTAVOLUMENS ZUR BEARBEITUNG. Der Anwender wählt dann ein Deltavolumen aus der Liste der noch zur Bearbeitung verbleibenden Deltavolumen, welche in Block 23-2 gespeichert wurde, gemäß Block 12-1 zur Bearbeitung aus. Das ausgewählte Deltavolumen wird das "gegenwärtige Deltavolumen" und im Block 25-2 gespeichert.STEP 8: SELECTING A DELTA VOLUME FOR EDIT. The user then selects a delta volume for processing from the list of remaining delta volumes stored in block 23-2, as per block 12-1. The selected delta volume becomes the "current delta volume" and is stored in block 25-2.
SCHRITT 9: SPEZIFIZIEREN DER BEARBEITUNGSSTRATEGIE. Der Anwender spezifiziert dann eine Bearbeitungsstrategie in Block 12-2. Bearbeitungsstrategien können interaktiv definiert oder aus einer Bibliothek von bestehenden Bearbeitungsverfahren im Block 24 ausgewählt werden. Eine Bearbeitungsstrategie wird in einer Bearbeitungsstrategiedatei gemäß Block 25-1 spezifiziert und gespeichert, mit Parametern, welche das Werkzeug auswählen und die Art der Werkzeugeintritte und -austritte zur Durchführung, die Art der Schnittform, die maximale Schnittiefe, wie das Kühlmittel zu steuern ist, etc., beschreiben, wie es durch die Erfahrung und das Fachwissen des Anwenders vorgegeben wird. Ein Beispiel für eine Bearbeitungsverfahrensdatei ist in Fig. 10 dargestellt.STEP 9: SPECIFY THE MACHINING STRATEGY. The user then specifies a machining strategy in block 12-2. Machining strategies can be defined interactively or selected from a library of existing machining procedures in block 24. A machining strategy is specified and stored in a machining strategy file as per block 25-1, with parameters describing the tool selection and the type of tool entries and exits to be performed, the type of cut shape, the maximum depth of cut, how to control the coolant, etc., as dictated by the user's experience and expertise. An example machining procedure file is shown in Fig. 10.
SCHRITT 10: NC-WERKZEUGWEGGENERIERUNG. Das gegenwärtige Deltavolumen gemäß Block 25-2, die gegenwärtige Bearbeitungsstrategie gemäß Block 25-1 und die gegenwärtige Bearbeitungsumgebung gemäß Block 22 werden dann für eine automatische Generierung des NC-Werkzeugweges in den Block 13 übermittelt und in Block 26 gespeichert. Die generierten NC-Werkzeugwege arbeiten gänzlich durch ein Deltavolumen und entfernen so viel Material wie möglich unter den gegebenen Umständen der Bearbeitungsumgebung und der angewandten Bearbeitungsstrategie. Die vollständige Modellinformation wird für alle Schnitte verwendet, um nicht nur zu bestimmen, wo sich das Schnittwerkzeug bewegen kann und wo nicht, sondern auch den optimalen Bearbeitungswerkzeugvorschub basierend darauf zu bestimmen, wieviel Material das Werkzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt umgreift.STEP 10: NC TOOL PATH GENERATION. The current delta volume according to block 25-2, the current machining strategy according to block 25-1 and the current machining environment according to block 22 are then fed into the Block 13 and stored in Block 26. The generated NC toolpaths operate entirely through a delta volume, removing as much material as possible given the circumstances of the machining environment and the machining strategy used. The complete model information is used for all cuts to determine not only where the cutting tool can and cannot move, but also to determine the optimal machining tool feed based on how much material the tool is wrapping at any given time.
Die NC-Werkzeugweggenerierung enthält zwei Hauptabschnitte, das automatisierte Schruppen und das automatisierte Schlichten.NC toolpath generation contains two main sections, automated roughing and automated finishing.
Das automatisierte Schruppen und Schlichten enthält das Aufgreifen einer Reihe von zweidimensionalen ("2-D") ebenen Scheiben quer über einem versetzten Deltavolumen. Die Scheiben werden senkrecht zur Werkzeugzuführrichtung bestimmt und resultieren in einem oder mehreren 2-D-Profilen (diese sind 2-D, da Z über das Profil konstant bleibt). Die Profile werden dann zum NC-Algorithmus zum Erzeugen von Schrupp- oder Endbearbeitungs-Werkzeugwegen übermittelt. Während des Schruppens werden die sich ergebenden Profile "bereichsbereinigt" und während der Endbearbeitung stellen die sich ergebenden Profile den Schlicht-Werkzeugweg dar.Automated roughing and finishing involves picking up a series of two-dimensional ("2-D") planar slices across an offset delta volume. The slices are determined perpendicular to the tool feed direction and result in one or more 2-D profiles (these are 2-D because Z remains constant across the profile). The profiles are then passed to the NC algorithm to generate roughing or finishing toolpaths. During roughing, the resulting profiles are "area cleaned" and during finishing, the resulting profiles represent the finishing toolpath.
Die Werkzeugweggenerierung, Block 13 in Fig. 9, ist schematisch in Fig. 11 dargestellt. Sie enthält die folgenden Unterschritte:The toolpath generation, block 13 in Fig. 9, is shown schematically in Fig. 11. It contains the following sub-steps:
Die Werkzeugweggenerierung beginnt mit Block 13-10, in welchem das gegenwärtige Deltavolumen, die gegenwärtige Bearbeitungsumgebung und die gegenwärtige Strategie eingegeben werden. Das gegenwärtige Deltavolumen ist in Fig. 9 beschrieben. Die gegenwärtige Bearbeitungsumgebung wird durch null oder mehr Volumenmodelle dargestellt, welche Befestigungseinrichtungen, Klemmen, den Bearbeitungstisch etc. darstellen. Die gegenwärtige Umgebung enthaltende Volumenmodelle wurden mit Attributen versehen, welche jedes Modell als ein zu "vermeidendes" Volumen klassifizieren (diese Attributzuordnung wurde in Block 11 in Fig. 9 durchgeführt). Die gegenwärtige Bearbeitungsstrategie enthält das gegenwärtige Werkzeug und das gegenwärtige Bearbeitungsverfahren. Diese Strategie wird durch eine Liste von Variablenzuordnungen dargestellt. Ein detailliertes Beispiel ist in Fig. 10 vorgegeben. Die meisten in der Bearbeitungsstrategie verwendeten Variablen sind Standardsteuerungen, die in klassischen CAD/CAM-Oberflächen- und Drahtrahmenbearbeitungssystemen verwendet werden. Solche, die spezifisch für eine Bearbeitung auf Volumenbasis sind, werden nachfolgend erläutert.The toolpath generation begins with block 13-10, in which the current delta volume, the current machining environment and the current strategy are entered The current delta volume is described in Fig. 9. The current machining environment is represented by zero or more solid models representing fixtures, clamps, the machining table, etc. Solid models containing the current environment have been assigned attributes that classify each model as a volume to "avoid" (this attribute assignment was performed in block 11 in Fig. 9). The current machining strategy contains the current tool and the current machining method. This strategy is represented by a list of variable assignments. A detailed example is given in Fig. 10. Most of the variables used in the machining strategy are standard controls used in classic CAD/CAM surface and wire frame machining systems. Those specific to solid-based machining are explained below.
Die maximalen und minimalen Z-Koordinatenwerte (Z-Achse fluchtet mit der Werkzeugachsenrichtung) für das gegenwärtige Deltavolumen werden dann bestimmt (Block 13-11). Diese Z-Erstreckungen werden benötigt, um die Start- und Stopplagen zum Zertrennen und Steuern zu bestimmen (Blöcke 13-14 bis 13-21 in Fig. 11). Die Z-Erstreckungen für ein Deltavolumen werden beibehalten und durch das zugrundeliegende Volumenmodellierungs- System zugeführt.The maximum and minimum Z coordinate values (Z axis aligned with the tool axis direction) for the current delta volume are then determined (block 13-11). These Z extents are needed to determine the start and stop positions for cutting and steering (blocks 13-14 through 13-21 in Fig. 11). The Z extents for a delta volume are maintained and supplied by the underlying solid modeling system.
Alle ebenen Flächen des Deltavolumens, welche rechtwinklig zur Werkzeugzustellrichtung sind, werden dann überprüft (Block 13-12), um zu sehen, ob ein "kritisches" Attribut zugeordnet wurde. Kritische Flächen, die zum Beispiel innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches bearbeitet werden müssen, wurden in Schritt 10-1 in Fig. 9 mit einem FLÄCHENDICKEN-Attribut (FACE_THICKNESS) bezeichnet. Optional können alle ebenen Flächen des Werkstücks mit einer Fläche rechtwinklig zur Werkzeugzustellrichtung als kritische Flächen bezeichnet werden. Derartige Flächen müssen auf das Werkzeug zuweisen und innerhalb einer anwenderspezifizierten Toleranz in senkrechter Richtung liegen. Kritische ebene Flächen werden mit einem Wert gleich der Z-Koordinate der Fläche (Z-Achse in Richtung der Werkzeugachse) plus der FLÄCHENDICKE benannt. Diese Flächen werden in einer Liste organisiert, sortiert vom maximalen zum minimalen Z und im nachfolgenden Unterschritt 10-6 verwendet.All flat surfaces of the delta volume that are perpendicular to the tool feed direction are then checked (block 13-12) to see if a "critical" attribute has been assigned. Critical surfaces that, for example, have to be machined within a certain tolerance range were identified in step 10-1 in Fig. 9 with a FACE_THICKNESS attribute. Optionally, all planar surfaces of the workpiece with a face perpendicular to the tool feed direction can be designated as critical faces. Such faces must face the tool and lie within a user-specified tolerance in the perpendicular direction. Critical planar faces are designated with a value equal to the Z coordinate of the face (Z axis in the direction of the tool axis) plus the FACE_THICKNESS. These faces are organized in a list, sorted from maximum to minimum Z, and used in the subsequent substep 10-6.
Der Anwender kann wahlweise ein oder mehrere 2-D- Grenzprofile (Block 13-13) spezifizieren, um ferner zu steuern, wo sich das Schnittwerkzeug bewegen kann und wo nicht. Ein Grenzprofil wird intern im Algorithmus zum Erzeugen eines Volumens verwendet. Dies wird durch Überstehen des Grenzprofiles durch die Z-Erstreckung des Deltavolumens (bestimmt in Unterschritt 10-2) durchgeführt. Grenzvolumen, die mit dem Deltavolumen verschachtelt sind, definieren das Volumen, in welchem das Werkzeug vorliegen muß. In dieser Ausführungsform des Algorithmus werden Grenzprofile durch den Anwender unter Verwendung von standardisierten interaktiven Technologien identifiziert.The user may optionally specify one or more 2-D boundary profiles (block 13-13) to further control where the cutting tool can and cannot move. A boundary profile is used internally in the algorithm to create a volume. This is accomplished by protruding the boundary profile through the Z extent of the delta volume (determined in sub-step 10-2). Boundary volumes nested with the delta volume define the volume in which the tool must reside. In this embodiment of the algorithm, boundary profiles are identified by the user using standard interactive technologies.
Die folgenden Unterschritte 10-6 bis 10-13 werden wiederholt, bis das gesamte Deltavolumen bearbeitet wurde, d. h., bis die GEGENWÄRTIGE TIEFE (CURRENT_DEPTH) unterhalb der minimalen Z-Koordinate ist, welche in Unterschritt 10-2 bestimmt wurde.The following substeps 10-6 to 10-13 are repeated until the entire delta volume has been processed, i.e., until the CURRENT DEPTH (CURRENT_DEPTH) is below the minimum Z coordinate determined in substep 10-2.
Die Z- Tiefe, bei der die nächste Bearbeitungsoperation für das Deltavolumen auftreten wird, bestimmt sich wie folgt. Eine Variable GEGENWÄRTIGE TIEFE (initialisiert durch Z_MAX in Unterschritt 10-2) definiert die Lage des vorherigen Bearbeitungsdurchgangs. Die Variable NÄCHSTE TIEFE (NEXT_DEPTH) wird festgesetzt auf "GEGENWÄRTIGE TIEFE + SCHNITTIEFE", wobei die SCHNITTIEFE (DEPTH_OF_CUT) den maximalen Schritt in Z-Richtung darstellt (Teil der gegenwärtigen Bearbeitungsstrategie). Alle kritischen Flächen, die im Unterschritt 10-3 identifiziert wurden, werden dann überprüft, um zu sehen, ob erforderliche Schnitte zwischen der GEGENWÄRTIGEN TIEFE und der NÄCHSTEN TIEFE sind. Wenn eine kritische Fläche gefunden wurde, wird die NÄCHSTE TIEFE auf die Flächentiefe mit dem größten Z-Wert zwischen der GEGENWÄRTIGEN TIEFE und der NÄCH STEN TIEFE festgelegt.The Z depth at which the next machining operation for the delta volume is determined as follows. A variable CURRENT DEPTH (initialized by Z_MAX in sub-step 10-2) defines the location of the previous machining pass. The variable NEXT_DEPTH is set to "CURRENT DEPTH + DEPTH OF CUT", where DEPTH_OF_CUT represents the maximum step in the Z direction (part of the current machining strategy). All critical surfaces identified in sub-step 10-3 are then checked to see if there are any required cuts between the CURRENT DEPTH and the NEXT DEPTH. If a critical surface is found, the NEXT DEPTH is set to the surface depth with the largest Z value between the CURRENT DEPTH and the NEXT DEPTH.
Eine infinite bzw. unendlich große Ebene wird dann erzeugt (Block 13-15) und an der "NÄCHSTEN TIEFE + WERKZEUGRADIUS" mit einer normal bzw. senkrecht ausgerichteten Ebene in Richtung der Werkzeugachse positioniert. Der WERKZEUGRADIUS (TOOL_RADIUS) ist Teil der Bearbeitungsstrategie. Diese Ebene wird als Schnittebene im nachfolgenden Schritt des Algorithmus verwendet.An infinite plane is then created (blocks 13-15) and positioned at the "NEXT DEPTH + TOOL RADIUS" with a normal plane aligned to the tool axis. The TOOL RADIUS is part of the machining strategy. This plane is used as the cutting plane in the following step of the algorithm.
Die Werkzeugzentrumskurve für jede Fläche wird bestimmt. Jede Fläche des Deltavolumens ist um einen Wert versetzt, der gleich dem "WERKZEUGRADIUS + FLÄCHENDICKE" ist (Block 13-16a). Die FLÄCHENDICKE ist ein Anwenderattribut, welches das maximale Maß des Materials definiert, welches auf der Fläche nach der Beendigung dieses Bearbeitungsschrittes verbleibt. Verfahren für versetzte Flächen sind in der Oberflächenmodellierung wohl bekannt.The tool center curve for each face is determined. Each face of the delta volume is offset by a value equal to "TOOL RADIUS + SURFACE THICKNESS" (block 13-16a). The SURFACE THICKNESS is a user attribute that defines the maximum amount of material remaining on the face after completion of this machining step. Techniques for offset faces are well known in surface modeling.
Jede versetzte Fläche wird dann in der Ebene unterteilt (geschnitten), welche im Unterschritt 10-7 (Block 13-15) definiert wurde, um einen Satz an Kurven (Block 13-16b) zu erzielen. Die Kurven sind derart gerichtet, daß Material auf der linken Seite nicht zulässig ist, wenn man in Richtung der Kurve blickt. Die sich ergebenden Kurven stehen über zur NÄCHSTEN TIEFE (NEXT_DEPTH) und sind versetzt um die WERKZEUGEBENE (TOOL-FLAT) (von der gegenwärtigen Werkzeugbeschreibung), um einen Satz an Kurven (13-16c) zu erhalten. Diese Kurven stellen die Lagen der Werkzeugspitzentangente zu den versetzten Flächen dar. Algorithmen für überstehende und versetzte Kurven in drei Dimensionen sind in der Oberflächenmodellierung wohl bekannt.Each offset face is then subdivided (cut) in the plane defined in substep 10-7 (block 13-15) to yield a set of curves (block 13-16b). The curves are directed such that material is not allowed on the left side when looking in the direction of the curve. The resulting curves project over to the NEXT_DEPTH and are offset by the TOOL-FLAT (from the current tool description) to yield a set of curves (13-16c). These curves represent the locations of the tool tip tangent to the offset faces. Algorithms for projecting and offset curves in three dimensions are well known in surface modeling.
Die Werkzeugzentrumskurven für Kanten werden dann bestimmt. Für jede Kante des Deltavolumens wird eine Übergangsfläche mit ei nem Radius der Kurve gleich dem Werkzeugradius plus der Flächendicke zwischen den versetzten Flächen (Block 13- 17a) definiert, welche die in Betracht stehende Kante verbindet. Die Berechnung einer Übergangsfläche zwischen zwei Flächen (geschnittene Flächen) ist im Gebiet der Oberflächenmodellierung wohl bekannt. Die resultierenden Übergangsflächen werden unterteilt (geschnitten) mit einer Schnittebene, um einen Satz an Kurven (Block 13-17b) zu erhalten. Die Kurven stehen über zur NÄCHSTEN TIEFE und sind dann um die WERKZEUGFLÄCHE (TOOL-FLAT) (gegenwärtiges Werkzeug) versetzt, um einen Satz an Kurven (Block 13-17c) zu erzielen. Diese Kurven stellen die Lagen der Werkzeugspitzentangente der versetzten Kanten dar.The tool center curves for edges are then determined. For each edge of the delta volume, a transition surface is defined with a radius of curve equal to the tool radius plus the surface thickness between the offset surfaces (block 13-17a) connecting the edge in question. The calculation of a transition surface between two surfaces (cut surfaces) is well known in the field of surface modeling. The resulting transition surfaces are subdivided (cut) with a cutting plane to obtain a set of curves (block 13-17b). The curves are projected to the NEXT DEPTH and then offset by the TOOL FLAT (current tool) to obtain a set of curves (block 13-17c). These curves represent the tool tip tangent locations of the offset edges.
Die Werkzeugzentrumskurven für Scheitelpunkte werden dann bestimmt (Block 13- 18). Für jeden Übergangspunkt des Deltavolumens wird eine Übergangsfläche zwischen den versetzten Flächen (Block 13-18a) definiert, welche den betrachteten Übergangspunkt aufteilt. Die resultierenden Übergangsflächen werden mit der Schnittebene verschachtelt, um einen Satz an Kurven zu erhalten (Block 13-18b). Die Kurven werden heraufgesetzt zur NÄCHSTEN TIEFE und dann um die WERKZEUGFLÄCHE (TOOL-FLAT) (gegenwärtiges Werkzeug) versetzt, um einen Satz an Kurven zu erhalten (Block 13-18c). Diese Kurven stellen die Lage der Tangente der Werkzeugspitze der versetzten Übergangspunkte dar.The tool center curves for vertices are then determined (Block 13- 18). For each transition point of the delta volume, a transition surface is defined between the offset surfaces (block 13-18a) that splits the transition point under consideration. The resulting transition surfaces are nested with the cutting plane to obtain a set of curves (block 13-18b). The curves are raised to the NEXT DEPTH and then offset by the TOOL-FLAT (current tool) to obtain a set of curves (block 13-18c). These curves represent the location of the tangent of the tool tip of the offset transition points.
Die Umrißkanten (manchmal als Ansichtskantenkurven bezeich net) werden zum Erfassen und Vermeiden von Hinterschnitten verwendet. Die Umrißkanten werden für jede der versetzten Flächen, Kanten und Übergangs- bzw. Scheitelflächen berechnet (Block 13-19), welche in den Unterschritten 10-8 bis 10-10 gemäß obiger Beschreibung erzeugt wur den. Die verwendete Ansichtsrichtung zum Berechnen der Umrißkanten ist aus der Z-Richtung (Blickausrichtung der Schnittwerkzeugzustellung des Deltavolumens). Alle Umrißkanten, die oberhalb der gegenwärtigen Schnittebene hegen, werden heraufgesetzt (13-19b) auf die gegenwärtige Z-Tiefe (NÄCHSTE TIEFE + WERKZEUGRADIUS). Die Umrißkantenberechnung ist im Gebiet der Volumenmodellierung wohl bekannt.The contour edges (sometimes called view edge curves) are used to detect and avoid undercuts. The contour edges are calculated (block 13-19) for each of the offset faces, edges, and transition or vertex faces created in substeps 10-8 through 10-10 as described above. The view direction used to calculate the contour edges is from the Z direction (viewing orientation of the delta volume's cutting tool step). All contour edges that lie above the current cutting plane are raised (13-19b) to the current Z depth (NEXT DEPTH + TOOL RADIUS). The contour edge calculation is well known in the field of solid modeling.
Alle notwendigen Kurven wurden bestimmt, und es ist nun Aufgabe, die Kurven zu Profilen zu organisieren. Der Algorithmus ist mit einer 2-D-logischen Operation vergleichbar. Zuerst werden alle in den Unterschritten 10-8 bis 10-11 berechneten Kurven unterteilt, um ihre Überschneidungspunkte zu erhalten und zu speichern (Block 13-20a). Die Überschneidungspunkte stellen die Orte dar, wo die Kurven von einem zulässigen zu einem unzulässigen Bereich übergehen. Wenn die in den Unterschritten 10-8 bis 10-11 berechneten Kurven zum Beispiel in der Gestalt von zwei sich überschneidenden Paaren von parallelen Linien sind, die einen zulässigen Bereich in Gestalt eines Quadrats umschließen, dann muß der Ablauf die Überschneidungspunkte an den vier Ecken des Quadrats finden. Jede Kurve würde dann in drei Segmente unterteilt. Die Segmente außerhalb der Überschneidungspunkte werden weggeworfen, wodurch nur die vier Kurvensegmente bleiben, die die Grenzen des Quadrats definieren. Daher werden die Entscheidungen darüber, ob die Kurvensegmente weggeworfen werden sollen, an den Überschneidungspunkten getroffen.All necessary curves have been determined and the task now is to organize the curves into profiles. The algorithm is comparable to a 2-D logic operation. First, all curves calculated in substeps 10-8 to 10-11 are subdivided to obtain and store their intersection points (block 13-20a). The intersection points represent the locations where the curves change from an admissible to an inadmissible region. For example, if the curves calculated in substeps 10-8 through 10-11 are in the form of two intersecting pairs of parallel lines enclosing a feasible region in the shape of a square, then the procedure must find the intersection points at the four corners of the square. Each curve would then be divided into three segments. The segments outside the intersection points are discarded, leaving only the four curve segments that define the boundaries of the square. Therefore, decisions about whether to discard the curve segments are made at the intersection points.
Jede Kurve an einem Überschneidungspunkt wird zu einem Eingangssegment und einem Ausgangssegment aufgeteilt und mit dem Überschneidungspunkt verbunden. Das Eingangs- und Ausgangssegment wird unter Betracht der Richtung der ursprünglichen (unzertrennten) Kurve bestimmt, wobei die Bedingung die ist, daß es unzulässig ist, das Schneid werkzeug links einer gerichteten Kurve zu plazieren.Each curve at an intersection point is split into an input segment and an output segment and connected to the intersection point. The input and output segments are determined by considering the direction of the original (unsplit) curve, with the condition that it is not allowed to place the cutting tool to the left of a directed curve.
An jedem Überschneidungspunkt definiert jedes Segment der Kurve, welches eintritt und austritt, einen Bereich, der für das Schnittwerkzeug nicht zulässig ist. Das Schnittwerkzeug kann in diesen nicht zulässigen Bereichen nicht eintreten, ohne das Werkstück zu verletzen. Gemäß der Vereinbarung wird der unzulässige Bereich auf die linke Seite des Kurvensegments gelegt (in Sicht der Richtung der Kurve).At each intersection point, each segment of the curve that enters and exits defines an area that is not allowed for the cutting tool. The cutting tool cannot enter these inadmissible areas without damaging the workpiece. By convention, the inadmissible area is placed on the left side of the curve segment (as viewed in the direction of the curve).
Alle Überschneidungspunkte werden dann in einer arbiträren bzw. anwenderdefinierten Abfolge betrachtet. Die notwendigen Schritte zum Bestimmen der unzulässigen Bereiche rund um jeden einzelnen Punkt werden nun beschrieben. Alle Kurvensegmente, die an einem Übergangspunktteilhaben, werden basierend auf ihren Eintrittswinkel um diesen Punkt geordnet (13-20b), wobei die Krümmung verwendet wird, um die Kurvensegmente mit gleichen Eintrittswinkeln zu ordnen. Dabei bestimmen Eintritts- /Austrittskurvenpaare Bereiche, die für den Eintritt des Werkzeugs zulässig sind. Bei einem ausgewählten Kurvensegment findet sich durch wiederholte Betrachtung im Gegenuhrzeigersinn um den Schnittpunkt eine Eintrittskurve, die unmittelbar von einer Austrittskurve gefolgt wird. Von dieser Austrittskurve "A" ausgehend wird wiederholt im Gegenuhrzeigersinn durch alle Austrittskurven gesucht, bis eine Eintrittskurve "B" gefunden ist. Alle Austrittskurven zwischen "A" und "B" werden beseitigt. Eine Wiederholung im Uhrzeigersinn von der ursprünglichen Eintrittskurve zum Eliminieren aller Eintrittskurven bis eine Austrittskurve gefunden ist, wird gleichermaßen durchgeführt. Das Ergebnis ist ein einzelnes Eintritts- /Austrittskurvenpaar für einen Schnittpunkt unter Betrachtung des durchgeführten Weges des Werkzeugs, wenn es durch diesen Punkt hindurchtritt. Eliminieren des identifizierten Eintritts-/Austrittskurvenpaares und Wiederholen des Ablaufs, bis alle Eintritts-/Austrittskurvenpaare für den Schnittpunkt identifiziert wurden. Jedes Eintritts-/Austrittskurvenpaar muß mit dem Werkstückvolumen, Grenzvolumen und zu vermeidendem Volumen verglichen werden, die aus den Modellen des Halbzeugteiles, der Klemmen und der Befestigungseinrichtungen sowie der Bearbeitungsumgebung abgeleitet sind. Ein Eintritts-/Austrittspaar wird beseitigt, wenn es innerhalb einer dieser nicht zulässigen Regionen liegt.All intersection points are then considered in an arbitrary or user-defined sequence. The necessary steps to determine the prohibited areas around each individual point are now described. All curve segments participating in a transition point are this point is ordered (13-20b), using curvature to order the curve segments with equal entry angles. Entry/exit curve pairs determine regions that are acceptable for tool entry. For a selected curve segment, repeated counterclockwise inspection around the intersection point finds an entry curve immediately followed by an exit curve. Starting from this exit curve "A", repeated counterclockwise inspection through all exit curves is performed until an entry curve "B" is found. All exit curves between "A" and "B" are eliminated. Repeating clockwise from the original entry curve to eliminate all entry curves until an exit curve is found is similarly performed. The result is a single entry/exit curve pair for an intersection point, considering the path taken by the tool as it passes through this point. Eliminate the identified entry/exit curve pair and repeat the process until all entry/exit curve pairs for the intersection point have been identified. Each entry/exit curve pair must be compared to the workpiece volume, limit volume and avoidance volume derived from the models of the stock part, clamps and fixtures and machining environment. An entry/exit pair is eliminated if it lies within any of these disallowed regions.
Nach dem Bearbeiten aller Überschneidungspunkte werden alle gepaarten Eintritts-/Austrittskurven verbunden, um eine Aufeinanderfolge von geschlossenen Wegen zu erhalten, die dem Werkzeugzyklus um das Werkstück (bei einem vorgegebenen Z-Niveau) entsprechen. Dies sind die Grenzkurven (Werkzeugwegprofile). Während dem automatisierten Schruppen wird das Werkzeugwegprofil bereichsbereinigt, und während dem automatisierten Schlichten stellt das Werkzeugwegprofil den Abschlußwerkzeugweg für das gegenwärtige Niveau dar.After machining all intersection points, all paired entry/exit curves are connected to obtain a sequence of closed paths corresponding to the tool cycle around the workpiece (at a given Z level). These are the boundary curves (toolpath profiles). During automated roughing, the toolpath profile is area cleaned, and during automated finishing, the toolpath profile represents the final toolpath for the current level.
SCHRITT 11: ERZEUGEN DES BEARBEITUNGSVOLUMENS. Der nächste Ablaufschritt gemäß der Darstellung in Fig. 9 dient zum Erzeugen eines Bearbeitungsvolumens (14-1) aus dem NC-Werkzeugweg, der im Block 26 gespeichert ist. Ein Bearbeitungsvolumen (23-3) ist ein exaktes Volumenmodell, welches das Gesamtvolumen des abzutrennenden Freiraumes durch das Schnittwerkzeug während der vollständigen Durchquerung des NC-Werkzeugweges darstellt.STEP 11: CREATE THE MACHINING VOLUME. The next step in the process, as shown in Fig. 9, is to create a machining volume (14-1) from the NC toolpath stored in block 26. A machining volume (23-3) is an exact solid model that represents the total volume of the space to be cut by the cutting tool during the complete traversal of the NC toolpath.
Das Bearbeitungsvolumen wird dann vom Deltavolumen abgezogen (14-2). Beim Subtrahieren des Bearbeitungsvolumens (wobei das Schnittwerkzeug im Freiraum während des Schnitts bewegt wird) vom Deltavolumen verschwindet entweder das gesamte Deltavolmen oder ein Teil des Deltavolumens verbleibt. Vollständig vom Werkstück abgetrennte Abschnitte des verbleibenden Deltavolumens werden wie das Deltavolumen 801 in Fig. 8 nicht weiterbearbeitet Wenn das an das Werkstück angrenzende Deltavolumen verschwindet, war der NC-Werkzeugweg erfolgreich bei der Bearbeitung des gesamten Materials. Wenn ein Teil des Deltavolumens in Angrenzung an das Werkstück bleibt, konnte der NC-Werkzeugweg nicht das gesamte Material entfernen. Jedes verbleibende Deltavolumen wird zu einer Liste von Deltavolumen hinzugefügt, die noch zu bearbeiten sind (Block 23-2). Diese Deltavolumen können durch ein kleineres Werkzeug zu bearbeiten sein.The machining volume is then subtracted from the delta volume (14-2). When subtracting the machining volume (with the cutting tool moving in clearance during the cut) from the delta volume, either the entire delta volume disappears or a portion of the delta volume remains. Portions of the remaining delta volume that are completely severed from the workpiece are not further machined, such as delta volume 801 in Fig. 8. If the delta volume adjacent to the workpiece disappears, the NC toolpath was successful in machining all of the material. If a portion of the delta volume remains adjacent to the workpiece, the NC toolpath was unable to remove all of the material. Each remaining delta volume is added to a list of delta volumes that remain to be machined (block 23-2). These delta volumes may be machined by a smaller tool.
SCHRITT 12: MODELLIEREN DER ZUNEHMENDEN VERÄNDERUNGEN IM HALBZEUG. Das Bearbeitungsvolumen wird verwendet, um die zunehmenden Veränderungen zu modellieren, welchen das Halbzeug unterliegt. Dies wird durch eine geometrische Subtraktion des Bearbeitungsvolumens vom Halbzeug erreicht (23-1). Das sich ergebende Halbzeugmodell (23-1) kann als visuelle Dokumentation für Ablaufpläne und für eine Abwandlung des Algorithmus und/oder eine Analysis verwendet werden.STEP 12: MODELING THE INCREASE CHANGES IN THE SEMI-FINISHED PRODUCT. The machining volume is used to model the increase changes that the semi-finished product undergoes. This is achieved by geometrically subtracting the machining volume from the semi-finished product (23-1). The resulting semi-finished product model (23-1) can be used as visual documentation for flow charts and for a modification of the algorithm and/or an analysis.
SCHRITT 13: ENDE? Wenn alle Deltavolumen entfernt wurden (15), ist der Ablauf beendet. Wenn mehr Deltavolumen zur weiteren Bearbeitung verbleiben, wird der Ablauf wiederholt mit SCHRITT 7 gestartet, d. h., Block 11 in Fig. 9. Der Ablauf kann auch mit einigen nicht entfernt verbliebenen Deltavolumen beendet werden, zum Beispiel weil der Anwender entschieden hat, dies so zu tun oder weil die nicht entfernten Deltavolumen nicht bearbeitet werden können. Die Entscheidung, einige Deltavolumen unentfernt zu lassen, wird im Ablaufplan (obiger Schritt 2) getroffen.STEP 13: END? When all delta volumes have been removed (15), the flow is finished. If more delta volumes remain for further processing, the flow is restarted with STEP 7, i.e., block 11 in Fig. 9. The flow can also end with some delta volumes remaining unremoved, for example because the user has decided to do so or because the unremoved delta volumes cannot be processed. The decision to leave some delta volumes unremoved is made in the flow plan (step 2 above).
Nachfolgend wird eine Zusammenfassung von allen wesentlichen Merkmalen aufgezeigt, die entweder alleine oder in Kombination miteinander bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung definieren:Below is a summary of all essential features which, either alone or in combination with one another, define preferred embodiments of the present invention:
Für ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks sind die folgenden Schritte von Bedeutung:For a process for producing a workpiece, the following steps are important:
(1) Erstellen eines Computermodells des Werkstücks unter Verwendung eines Volumenmodellierers;(1) Creating a computer model of the workpiece using a solid modeler;
(2) Erstellen eines Computermodells eines Halbzeuges unter Verwendung des Volumenmodellierers;(2) Creating a computer model of a semi-finished product using the solid modeler;
(3) Erstellen eines Ablaufplanes zur Herstellung des Werkstücks;(3) Drawing up a process plan for the production of the workpiece;
(4) Verbinden der Fertigungsattribute mit dem Modell des Werkstücks;(4) Linking the manufacturing attributes to the model of the workpiece;
(5) Bestimmen von zumindest einem vom Halbzeugteil zu entfernenden Deltavolumen durch Subtrahieren des Modells des Werkstücks vom Modell des Halbzeugteiles, und Aufnehmen der Fertigungsattribute vom Modell des Werkstücks zu einer korrespondierenden Fläche von dem zumindest einem Deltavolumen;(5) Determining at least one delta volume to be removed from the semi-finished part by subtracting the model of the workpiece from the model of the semi-finished part, and taking the manufacturing attributes from Model of the workpiece to a corresponding area of the at least one delta volume;
(6) Erstellen eines Modells einer Fertigungseinstellung;(6) Creating a model of a manufacturing setting;
(7) Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;(7) Creating a processing strategy;
(8) Berechnen von Werkzeugwegen für eine numerisch gesteuerte Fertigungseinrichtung aus dem zumindest einem Deltavolumen gemäß der Bearbeitungsstrategie und dem Modell der Fertigungseinstellung;(8) calculating tool paths for a numerically controlled manufacturing facility from the at least one delta volume according to the machining strategy and the manufacturing setup model;
(9) Berechnen von zumindest einem Bearbeitungsvolumen; welches das Gesamtvolumen des durch das Schneidwerkzeug abzutragenden Raumes darstellt;(9) Calculating at least one machining volume, which represents the total volume of the space to be removed by the cutting tool;
(10) Subtrahieren des zumindest einen Bearbeitungsvolumens von dem zumindest einen Deltavolumen, um ein neues Deltavolumen zu erzielen;(10) subtracting the at least one processing volume from the at least one delta volume to obtain a new delta volume;
(11) Subtrahieren des zumindest einen Bearbeitungsvolumens vom Modell des Halbzeugteiles, um dadurch die Bearbeitung der Werkzeugwege zu modellieren und zu überprüfen, daß die Werkzeugwege nicht das Werkstück verletzt haben;(11) subtracting the at least one machining volume from the model of the semi-finished part to thereby model the machining of the tool paths and to verify that the tool paths have not damaged the workpiece;
(12) Wiederholen der Schritte (7) bis (11) bis die Entfernung des zumindest einen Deltavolumens modelliert wurde; und(12) repeating steps (7) to (11) until the removal of the at least one delta volume has been modelled; and
(13) Fertigen des Werkstücks gemäß dem Ablaufplan durch Übertragen der Werkzeugwege auf das numerisch gesteuerte Bearbeitungswerkzeug, wobei die Schritte 1 bis 7 im allgemeinen in jeder Reihenfolge ausgeführt werden können, vorausgesetzt, daß Schritt (1) dem Schritt (4), die Schritte (1) und (2) dem Schritt (5) und die Schritte (1) bis (7) dem Schritt (8) vorangehen müssen.(13) Manufacturing the workpiece according to the flow chart by transferring the tool paths to the numerically controlled machining tool, wherein steps 1 to 7 may generally be carried out in any order, provided that step (1) must precede step (4), steps (1) and (2) must precede step (5), and steps (1) to (7) must precede step (8).
- Die Bearbeitungsstrategie wird durch Abrufen von Daten erzielt, welche in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.- The machining strategy is achieved by retrieving data stored in a data storage device.
- Die Bearbeitungsstrategie wird durch Anwendung eines Expertensystems erzielt.- The processing strategy is achieved by applying an expert system.
- Die Bearbeitungsstrategie wird aus den Daten erzielt, welche durch einen Anwender eingegeben werden.- The machining strategy is obtained from the data entered by a user.
- Das Modell der Fertigungseinstellung wird durch Abruf von Daten erzielt, die in Datenspeichereinrichtungen gespeichert sind.- The manufacturing setup model is achieved by retrieving data stored in data storage devices.
- Das Modell der Fertigungseinstellung wird durch Anwendung eines Expertensystems erzielt.- The production setting model is achieved by application of an expert system.
- Das Modell der Fertigungseinstellung wird durch Daten erzielt, die von einem Anwender eingegeben werden.- The manufacturing setup model is achieved by data entered by a user.
Für das Verfahren zur Modellierung von aufeinanderfolgenden Bearbeitungsoperationen, welche an einem Halbzeugteil zum Erzeugen eines Werkstücks ausgeführt werden, sind die folgenden Merkmale von Bedeutung:The following features are important for the method of modeling successive machining operations that are carried out on a semi-finished part to produce a workpiece:
(1) Erstellen von zumindest einem Merkmalvolumen, welches vom Halbzeugteil zum Erzeugen des Werkstücks zu entfernen ist;(1) Creating at least one feature volume, which is to be removed from the semi-finished part to create the workpiece;
(2) Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;(2) Creating a machining strategy;
(3) Bestimmen eines anfänglichen Werkzeugweges für zumindest ein Bearbeitungswerkzeug aus dem zumindest einem Merkmalvolumen und der Bearbeitungsstrategie;(3) determining an initial tool path for at least one machining tool from the at least one feature volume and the machining strategy;
(4) Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens aus dem anfänglichen Werkzeugweg;(4) Determining an initial machining volume from the initial tool path;
(5) Durchführen einer logischen Operation zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens vom Merkmalvolumen, um ein Deltavolumen zu erzielen;(5) performing a logical operation to subtract the initial machining volume from the feature volume to obtain a delta volume;
(6) Wiederholen des Schritts (3) mit dem Deltavolumen, um einen nächsten Werkzeugweg zu erzielen, des Schritts (4), um ein nächstes Bearbeitungsvolumen aus dem nächsten Werkzeugweg zu bestimmen, und des Schritts (5), um ein nächstes Deltavolumen zu erzielen; und(6) Repeat step (3) with the delta volume to obtain a next tool path, step (4) to obtain a next machining volume from the next tool path, and step (5) to obtain a next delta volume; and
(7) Wiederholen von Schritt (6), bis alle Deltavolumen bearbeitet wurden.(7) Repeat step (6) until all delta volumes have been processed.
- Der Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges, um ein Bearbeitungswerkzeug zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil zu steuern.- The step of sequentially applying the initial toolpath and each subsequent toolpath to control a machining tool for removing the delta volume and each subsequent delta volume from the stock part.
- Das Merkmalvolumen wird durch Abruf von Merkmalsdaten erzielt, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.- The feature volume is obtained by retrieving feature data stored in a data storage device.
- Das Merkmalvolumen wird durch Anwenden eines Expertensystems erreicht.- The feature volume is achieved by applying an expert system.
- Die Bearbeitungsstrategie wird durch Abrufen von Daten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.- The machining strategy is achieved by retrieving data stored in a data storage device.
- Die Bearbeitungsstrategie wird durch Anwendung eines Expertensystems erreicht.- The processing strategy is achieved by applying an expert system.
- Die Bearbeitungsstrategie wird aus Daten erzielt, die durch einen Anwender eingegeben werden.- The machining strategy is obtained from data entered by a user.
- Der Schritt der Bestimmung einer optimalen Zustellrate beim anfänglichen und jedem nächsten Werkzeugweg.- The step of determining an optimal feed rate for the initial and each subsequent tool path.
- Die optimale Zustellrate ist kontinuierlich variabel gemäß dem anfänglichen und jedem nächsten Werkzeugweg.- The optimal feed rate is continuously variable according to the initial and each subsequent tool path.
- Fertigungsattribute für das Merkmalsvolumen werden durch Abrufen von Fertigungsdaten erzielt, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind, wobei die Fertigungsattribute Daten enthalten, die in Schritt (3) bei der Bestimmung des anfänglichen Werkzeugweges und in Schritt (6) bei der Bestimmung des nächsten Werkzeugweges verwendet werden.- Manufacturing attributes for the feature volume are obtained by retrieving manufacturing data stored in a data storage device, the manufacturing attributes including data used in step (3) in determining the initial tool path and in step (6) in determining the next tool path.
- Die Bearbeitungsstrategie enthält die Fertigungsattribute.- The machining strategy contains the manufacturing attributes.
- Der Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern von zumindest einem Bearbeitungswerkzeug zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil, wobei die Fertigungsattribute ferner Daten enthalten, die bei der Auswahl des zumindest einen Bearbeitungswerkzeuges verwendet werden.- The step of sequentially applying the initial toolpath and each next toolpath to control at least one machining tool for removing the delta volume and each next delta volume from the semi-finished part, wherein the manufacturing attributes further include data used in selecting the at least one machining tool.
- Der Schritt zur Steuerung des zumindest einen Bearbeitungswerkzeuges mit einer optimalen Zustellrate gemäß dem anfänglichen und jedem nächsten Werkzeugweg.- The step of controlling the at least one machining tool at an optimal feed rate according to the initial and each subsequent tool path.
- Die optimale Zustellrate ist kontinuierlich variabel gemäß dem anfänglichen und jedem nächsten Werkzeugweg.- The optimal feed rate is continuously variable according to the initial and each subsequent tool path.
- Der von den Fertigungsattributen bestimmte Werkzeugweg enthält ferner Spezifizierungsdaten für die Arten des Bearbeitungswerkzeugeintritts und -austritts, Arten von Schnittformen, den maximalen Schnittiefen und der Kühlmittelsteuerung.- The tool path determined by the manufacturing attributes also contains specification data for the types of machining tool entry and exit, types of cutting shapes, maximum depth of cut and coolant control.
- Das Merkmalvolumen enthält ferner eine Mehrzahl an Unter-Merkmalvolumen, wobei die Schritte (3) bis (7) aufeinanderfolgend auf jedes der Unter-Merkmalvolumen aufgebracht wird.- The feature volume further contains a plurality of sub-feature volumes, wherein steps (3) to (7) is applied sequentially to each of the sub-feature volumes.
- Die Mehrzahl an Unter-Merkmalvolumen werden aus dem Merkmalvolumen durch Anwendung eines Expertensystems erzielt.- The majority of sub-feature volumes are obtained from the feature volume by applying an expert system.
- Der Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werk zeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil für jedes der Mehrzahl der Unter-Merkmalvolumen.- The step of sequentially applying the initial toolpath and each next toolpath to control a machining tool to remove the delta volume and each next delta volume from the stock part for each of the plurality of sub-feature volumes.
- Die Abfolge, in welcher die Unter-Merkmalvolumen vom Halbzeugteil entfernt werden, wird durch Anwendung eines Expertensystems bestimmt.- The sequence in which the sub-feature volumes are removed from the semi-finished part is determined by applying an expert system.
- Eine Mehrzahl der Unter-Merkmalvolumen ist jeweils abhängig zu einer Mehrzahl von gewünschten ebenen Flächen des herzustellenden Werkstücks, wobei die Flächen in parallelen Ebenen liegen, und ferner der Schritt des Entfernens dieser Unter-Merkmalvolumen in einer Abfolge vorgesehen ist, die durch ihren relativen Freiraum in einer senkrechten Richtung zu diesen ebenen Flächen bestimmt wird.- A plurality of the sub-feature volumes are each dependent on a plurality of desired planar surfaces of the workpiece to be manufactured, the surfaces lying in parallel planes, and further comprising the step of removing these sub-feature volumes in a sequence determined by their relative clearance in a direction perpendicular to these planar surfaces.
- Die Schritte zum Erzielen von zumindest einem Sperr bzw. Grenzvolumen und zum Begrenzen des Werkzeugweges auf das Volumen, welches durch die Überschneidung des zumindest einem Grenzvolumen und dem Deltavolumen definiert wird.- The steps for achieving at least one limiting volume and for limiting the tool path to the volume defined by the intersection of the at least one limiting volume and the delta volume.
- Die Schritte zum Erzielen eines Volumenmodells von zumindest einem Vermeidungsvolumen und dem Nichterlauben des Eintritts des Werkzeugweges in dieses.- The steps to obtain a solid model of at least one avoidance volume and not allow the toolpath to enter it.
Für das Verfahren zum Modellieren von nachfolgenden Bearbeitungsoperationen, welche an einem Halbzeugteil zum Erzeugen eines Werkstücks durchgeführt werden, sind die folgenden charakteristischen Merkmale von Bedeutung:The following characteristic features are important for the process of modeling subsequent machining operations that are carried out on a semi-finished part to produce a workpiece:
(1) Erstellen eines Volumenmodells des Halbzeugteiles;(1) Creating a volume model of the semi-finished part;
(2) Erstellen eines Volumenmodells des Werkstücks;(2) Creating a solid model of the workpiece;
(3) Durchführen einer ersten logischen Operation, zum Subtrahieren des Werkstückmodells vom Halbzeugmodell, um ein anfängliches Deltavolumen zu erzielen;(3) performing a first logical operation to subtract the workpiece model from the semi-finished product model to obtain an initial delta volume;
(4) Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;(4) Creating a machining strategy;
(5) Verwenden des anfänglichen Deltavolumens und der Bearbeitungsstrategie zum Berechnen eines anfänglichen Werkzeugweges für zumindest ein Bearbeitungswerkzeug;(5) using the initial delta volume and the machining strategy to calculate an initial tool path for at least one machining tool;
(6) Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens aus dem anfänglichen Werkzeugweg;(6) Determining an initial machining volume from the initial tool path;
(7) Durchführen einer zweiten logischen Operation zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens vom anfänglichen Deltavolumen, um das nächste Deltavolumen zu erzielen;(7) performing a second logical operation to subtract the initial processing volume from the initial delta volume to obtain the next delta volume;
(8) Wiederholen des Schritts (5) mit dem nächsten Deltavolumen, um den nächsten Werkzeugweg zu erzielen, des Schritts (6), um ein nächstes Bearbeitungsvolumen aus dem nächsten Werkzeugweg zu bestimmen und des Schritts (7), um noch ein weiteres Deltavolumen zu erzielen, und(8) repeating step (5) with the next delta volume to obtain the next tool path, step (6) to determine a next machining volume from the next tool path, and step (7) to obtain yet another delta volume, and
(9) Wiederholen des Schritts (8), bis alle Deltavolumen bearbeitet wurden.(9) Repeat step (8) until all delta volumes have been processed.
- Der Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des anfänglichen Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil.- The step of sequentially applying the initial toolpath and each subsequent toolpath to control a machining tool to remove the initial delta volume and each subsequent delta volume from the stock part.
- Das Volumenmodell des Werkstücks wird durch Abrufen von Daten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.- The solid model of the workpiece is obtained by retrieving data stored in a data storage device.
- Das Volumenmodell des Halbzeugteiles wird durch Abrufen von Daten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.- The solid model of the semi-finished part is achieved by retrieving data stored in a data storage device.
- Die Bearbeitungsstrategie wird durch Abrufen von Daten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.- The machining strategy is achieved by retrieving data stored in a data storage device.
- Die Bearbeitungsstrategie wird durch Anwenden eines Expertensystems erreicht.- The processing strategy is achieved by applying an expert system.
- Die Bearbeitungsstrategie wird durch Daten erzielt, die von einem Anwender eingegeben werden.- The machining strategy is achieved by data entered by a user.
- Der Schritt zur Durchführung der zusätzlichen logischen Operationen zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens und jedes nächsten Bearbeitungsvolumens vom Halbzeugmodell zum Erzielen eines anfänglichen abgewandelten Halbzeugmodells und des nächsten abgewandelten Halbzeugmodells, wodurch ein Volumenmodell des verbleibenden Halbzeugteiles nach dem anfänglichen und jedem nächsten Durchqueren des Bearbeitungswerkzeuges gemäß dem jeweiligen anfänglichen und jedem nächsten Werkzeugweg erzielt wird.- The step of performing the additional logical operations to subtract the initial machining volume and each next machining volume from the stock model to obtain an initial modified stock model and the next modified stock model, thereby obtaining a solid model of the remaining stock part after the initial and each next traversal of the machining tool according to the respective initial and each next tool path.
- Die Fertigungsattribute für das anfängliche Deltavolumen werden durch Abrufen von Fertigungsdaten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind, wobei die Fertigungsattribute Daten enthalten, die im Schritt (5) zum Bestimmen das anfänglichen Werkzeugweges und im Schritt (8) zum Bestimmen des nächsten Werkzeugweges verwendet werden.- The manufacturing attributes for the initial delta volume are obtained by retrieving manufacturing data stored in a data storage device, the manufacturing attributes including data used in step (5) to determine the initial tool path and in step (8) to determine the next tool path.
- Die Fertigungsstrategie enthält die Fertigungsattribute.- The manufacturing strategy contains the manufacturing attributes.
- Das anfängliche Deltavolumen enthält ferner eine Mehrzahl an Unter-Deltavolumen, wobei die Schritte (5) bis (9) aufeinanderfolgend auf jedes der Unter- Deltavolumen angewendet werden.- The initial delta volume further includes a plurality of sub-delta volumes, wherein steps (5) to (9) are applied sequentially to each of the sub-delta volumes.
- Die Mehrzahl an Unter-Deltavolumen wird aus dem anfänglichen Deltavolumen durch Anwendung eines Expertensystems erzielt.- The majority of sub-delta volumes are obtained from the initial delta volume by applying an expert system.
- Die Abfolge, in welcher die Schritte (5) bis (9) auf die Unter-Deltavolumen angewendet werden, wird durch Anwendung eines Expertensystems bestimmt.- The sequence in which steps (5) to (9) are applied to the sub-delta volumes is determined by application of an expert system.
- Die Fertigungsattribute werden für das anfängliche Deltavolumen durch Anwendung eines Expertensystems erzielt, wobei die Fertigungsattribute Daten enthalten, die im Schritt (5) bei der Bestimmung des anfänglichen Werkzeugweges und im Schritt (8) bei der Bestimmung des nächsten Werkzeugweges verwendet werden.- The manufacturing attributes are obtained for the initial delta volume by applying an expert system, the manufacturing attributes containing data used in step (5) in determining the initial tool path and in step (8) in determining the next tool path.
- Der Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern von zumindest einem Bearbeitungswerkzeug zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil, wobei die Fertigungsattribute ferner Daten enthalten, die bei der Auswahl des zumindest einen Bearbeitungswerkzeugs verwendet werden.- The step of sequentially applying the initial toolpath and each next toolpath to control at least one machining tool for removing the delta volume and each next delta volume from the semi-finished part, wherein the manufacturing attributes further include data used in selecting the at least one machining tool.
- Die Bearbeitungsstrategie enthält die Bearbeitungsattribute.- The machining strategy contains the machining attributes.
In Verbindung mit einem Verfahren zum Modellieren von aufeinanderfolgenden Bearbeitungsoperationen, die an einem Halbzeugteil zum Erzeugen eines Werkstücks ausgeführt werden, sind die folgenden Merkmale wesentlich:In connection with a method for modelling successive machining operations carried out on a semi-finished part to produce a workpiece, the following features are essential:
(1) Erstellen eines Volumenmodells des Halbzeugteiles;(1) Creating a volume model of the semi-finished part;
(2) Erstellen eines Volumenmodells des Werkstücks;(2) Creating a solid model of the workpiece;
(3) Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;(3) Creating a processing strategy;
(4) Anwenden der Bearbeitungsstrategie zum Berechnen eines anfänglichen Werkzeugweges durch das Modell des Halbzeuges unter Vermeidung des Modelles des Werkstücks;(4) Applying the machining strategy to calculate an initial tool path through the model of the semi-finished product while avoiding the model of the workpiece;
(5) Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens aus dem anfänglichen Werkzeugweg;(5) Determining an initial machining volume from the initial tool path;
(6) Durchführen einer logischen Operation zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens vom Modell des Halbzeuges, um ein nächstes Modell des Halbzeuges zu erzielen;(6) performing a logical operation to subtract the initial machining volume from the model of the semi-finished product to obtain a next model of the semi-finished product;
(7) Wiederholen des Schritts (4) unter Verwendung des nächsten Modells des Halbzeuges, um einen nächsten Halbzeugweg zu erzielen, des Schritts (5), um ein nächstes Bearbeitungsvolumen aus dem nächsten Werkzeugweg zu bestimmen, und des Schritts (6), um durch Verwendung des nächsten Bearbeitungsvolumens noch ein nächstes Modell des Halbzeuges zu erzielen; und(7) repeating step (4) using the next model of the semi-finished product to obtain a next semi-finished product path, step (5) to determine a next machining volume from the next tool path, and step (6) to obtain yet another next model of the semi-finished product by using the next machining volume; and
(8) Wiederholen des Schritts (7), bis das nächste Modell des Halbzeuges kleiner als ein vorbestimmtes Volumen ist.(8) Repeat step (7) until the next model of the semi-finished product is smaller than a predetermined volume.
- Der Schritt der aufeinanderfolgenden Anwendung des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges.- The step of successively applying the initial toolpath and each subsequent toolpath to control a machining tool.
- Das Volumenmodell für das Halbzeugteil wird durch Abrufen von Daten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.- The solid model for the semi-finished part is achieved by retrieving data stored in a data storage device.
- Das Volumenmodell für das Werkstück wird durch Abrufen von Daten erreicht, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.- The solid model for the workpiece is obtained by retrieving data stored in a data storage device.
- Der Schritt (4) wird durch Klassifizierung des Modells des Werkstücks als ein Vermeidungsvolumen durch Anwendung eines Expertensystems durchgeführt.- Step (4) is performed by classifying the model of the workpiece as an avoidance volume by applying an expert system.
- Schritt (4) enthält ferner die Unterschritte:- Step (4) further contains the sub-steps:
(i) Anordnen des Modells des Werkstücks im Modell des Halbzeuges;(i) arranging the model of the workpiece in the model of the semi-finished product;
(ii) Erzielen des ebenen Anfangsquerschnitts an einer Anfangstiefe des Modelles des Halbzeugteiles und des darin angeordneten Modells des Werkstücks;(ii) achieving the initial flat cross-section at an initial depth of the model of the semi-finished part and the model of the workpiece arranged therein;
(iii) Durchführen einer zweidimensionalen logischen Operation zum Subtrahieren des Anfangsquerschnitts des Modells des Werkstücks vom Anfangsquerschnitt des Modells des Halbzeugteiles, um einen Anfangsquerschnitt des zu entfernenden Halbzeugteiles zu erzielen; und(iii) performing a two-dimensional logical operation to subtract the initial cross-section of the model of the workpiece from the initial cross-section of the model of the semi-finished part to obtain an initial cross-section of the semi-finished part to be removed; and
(iv) Verwenden des Anfangsquerschnitts des zu entfernenden Halbzeugteiles, um einen anfänglichen Werkzeugweg für ein Bearbeitungswerkzeug zu berechnen.(iv) Using the initial cross-section of the stock part to be removed to calculate an initial tool path for a machining tool.
- sowie die Schritte- as well as the steps
(1) Erstellen eines zweidimensionalen Vermeidungsprofils; und(1) Creating a two-dimensional avoidance profile; and
(2) Durchführen einer zweidimensionalen logischen Operation zum Subtrahieren des Vermeidungsprofils vom Querschnitt des zu entfernenden Halbzeugteiles vor dem Ausführen des Unterschritts (iv).(2) Performing a two-dimensional logical operation to subtract the avoidance profile from the cross-section of the semi-finished part to be removed before executing substep (iv).
Bei einem Verfahren zum Modellieren von aufeinanderfolgenden Bearbeitungsoperationen, welche an einem Halbzeugteil zum Erzeugen eines Werkstücks durchgeführt werden, sind die folgenden Schritte charakteristisch:In a method for modeling successive machining operations that are carried out on a semi-finished part to produce a workpiece, the following steps are characteristic:
(1) Erstellen einer Bearbeitungsstrategie;(1) Creating a machining strategy;
(2) Erstellen eines Volumenmodells des Halbzeugteiles;(2) Creating a volume model of the semi-finished part;
(3) Erstellen eines Volumenmodells des Werkstücks;(3) Creating a solid model of the workpiece;
(4) Erstellen eines zweidimensionalen Profils eines Vermeidungsvolumens;(4) Creating a two-dimensional profile of an avoidance volume;
(5) Anordnen des Modells des Werkstücks innerhalb des Modells des Halbzeuges;(5) arranging the model of the workpiece within the model of the semi-finished product;
(6) Erstellen eines ebenen Anfangsquerschnitts in einer Anfangstiefe des Modells des Halbzeugteiles und des darin angeordneten Modells des Werkstücks;(6) Creating a flat initial cross-section at an initial depth of the model of the semi-finished part and the model of the workpiece arranged therein;
(7) Durchführen einer ersten zweidimensionalen logischen Operation zum Subtrahieren des Anfangsquerschnitts des Modells des Werkstücks vom Anfangsquerschnitt des Modells des Halbzeugteiles zum Erzielen eines Querschnitts des zu entfernenden Halbzeugteiles;(7) performing a first two-dimensional logical operation to subtract the initial cross-section of the model of the workpiece from the initial cross-section of the model of the semi-finished part to obtain a cross-section of the semi-finished part to be removed;
(8) Durchführen einer zweiten zweidimensionalen logischen Operation zum Subtrahieren des Profils des Vermeidungsvolumens vom Querschnitt des zu entfernenden Halbzeugteiles;(8) performing a second two-dimensional logical operation to subtract the profile of the avoidance volume from the cross-section of the semi-finished part to be removed;
(9) Anwendung der Bearbeitungsstrategie und des Anfangsquerschnitts des abzutrennenden Halbzeugteiles zum Berechnen eines anfänglichen Werkzeugweges für ein Bearbeitungswerkzeug;(9) Applying the machining strategy and the initial cross-section of the semi-finished part to be cut off to calculate an initial tool path for a machining tool;
(10) Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens aus dem anfänglichen Werkzeugweg bei der Anfangstiefe;(10) determining an initial machining volume from the initial tool path at the initial depth;
(11) Nichtzulassen des Eintritts des Werkzeugweges in den Querschnitt des Modells des Werkstücks oder des Vermeidungsprofils;(11) Not allowing the tool path to enter the cross-section of the workpiece model or the avoidance profile;
(12) Wiederholen der Schritte (7) bis (11) unter Verwendung der nächsten ebenen Querschnitte des Modells des Werkstücks und des Modells des Halbzeuges, die in einer nächsten Tiefe erzielt werden; und(12) repeating steps (7) to (11) using the next planar cross sections of the model of the workpiece and the model of the semi-finished product obtained at a next depth; and
(13) Wiederholen des Schritts (12), bis das zu entfernende Halbzeugteil geringer als ein vorbestimmtes Volumen ist.(13) Repeating step (12) until the semi-finished part to be removed is less than a predetermined volume.
- Die Bearbeitungsstrategie wird durch Abrufen von Daten aus einer Datenspeichereinrichtung erzielt.- The machining strategy is achieved by retrieving data from a data storage device.
- Die Bearbeitungsstrategie wird durch Anwendung eines Expertensystems erzielt.- The processing strategy is achieved by applying an expert system.
- Die Bearbeitungsstrategie wird von Daten erzielt, die durch einen Anwender eingegeben werden.- The machining strategy is achieved from data entered by a user.
- Das Volumenmodell des Halbzeugteiles wird durch Abrufen von Daten erzielt, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.- The solid model of the semi-finished part is obtained by retrieving data stored in a data storage device.
- Das Volumenmodell des Werkstücks wird durch Abrufen von Daten erzielt, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.- The solid model of the workpiece is obtained by retrieving data stored in a data storage device.
- Das zweidimensionale Profil eines Vermeidungsvolumens wird durch Abrufen von Daten erzielt, die in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.- The two-dimensional profile of an avoidance volume is obtained by retrieving data stored in a data storage device.
- Das zweidimensionale Profil eines Vermeidungsvolumens wird durch Anwendung eines Expertensystems erzielt.- The two-dimensional profile of an avoidance volume is obtained by applying an expert system.
Für eine Vorrichtung zum Modellieren von aufeinanderfolgenden Bearbeitungsoperationen, welche an einem Halbzeugteil zum Erzeugen eines Werkstücks durchgeführt werden, sind die folgenden Merkmale am wichtigsten:For a device for modeling successive machining operations performed on a semi-finished part to produce a workpiece, the following features are most important:
(1) eine Einrichtung zum Erzielen eines vom Halbzeugteil zu entfernendes Merkmalvolumens zum Erzeugen des Werkstücks;(1) means for obtaining a feature volume to be removed from the semi-finished part to produce the workpiece;
(2) eine Einrichtung zum Bestimmen eines anfänglichen Werkzeugweges für zumindest ein Bearbeitungswerkzeug aus dem Merkmalvolumen;(2) means for determining an initial tool path for at least one machining tool from the feature volume;
(3) eine Einrichtung zum Bestimmen eines anfänglichen Bearbeitungsvolumens aus dem anfänglichen Werkzeugweg;(3) means for determining an initial machining volume from the initial tool path;
(4) eine Einrichtung zum Durchführen einer ersten logischen Operation zum Subtrahieren des anfänglichen Bearbeitungsvolumens vom Merkmalvolumen zum Erzielen eines Deltavolumens;(4) means for performing a first logical operation to subtract the initial processing volume from the feature volume to obtain a delta volume;
(5) eine Einrichtung zum Bestimmen des nächsten Werkzeugweges aus dem Deltavolumen;(5) means for determining the next tool path from the delta volume;
(6) eine Einrichtung zum Bestimmen eines nächsten Bearbeitungsvolumens aus dem nächsten Werkzeugweg; und(6) means for determining a next machining volume from the next tool path; and
(7) eine Einrichtung zum Durchführen einer zweiten logischen Operation zum Subtrahieren jedes nächsten Bearbeitungsvolumens vom Deltavolumen, um ein nächstes Deltavolumen zu erzielen.(7) means for performing a second logical operation to subtract each next processing volume from the delta volume to obtain a next delta volume.
- Eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Anwenden des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil.- Means for sequentially applying the initial toolpath and each subsequent toolpath to control a machining tool to remove the delta volume and each subsequent delta volume from the stock part.
- Eine Datenspeichereinrichtung und eine Einrichtung zum Abrufen der Merkmalsdaten, die in der Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.- A data storage device and a means for retrieving the feature data stored in the data storage device.
- Eine Einrichtung zum Erzielen der Fertigungsattribute für das Merkmalvolumen durch Abrufen der Fertigungsdaten, welche in der Datenspeichereinrichtung gespeichert sind.- Means for obtaining the manufacturing attributes for the feature volume by retrieving the manufacturing data stored in the data storage device.
- Eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Anwenden des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern des zumindest einen Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil, und eine Einrichtung zum Auswählen des zumindest einen Bearbeitungswerkzeugs basierend auf den Fertigungsattributen.- Means for sequentially applying the initial tool path and each next tool path to control the at least one machining tool for removing the delta volume and each next delta volume from the semi-finished part, and means for selecting the at least one machining tool based on the manufacturing attributes.
- Eine Unterteilungseinrichtung zum Unterteilen des Merkmalvolumens in eine Mehrzahl an Unter-Merkmalvolumen.- A dividing device for dividing the feature volume into a plurality of sub-feature volumes.
- Eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Anwenden des anfänglichen Werkzeugweges und jedes nächsten Werkzeugweges zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeuges zum Entfernen des Deltavolumens und jedes nächsten Deltavolumens vom Halbzeugteil für jedes der Mehrzahl an Unter-Merkmalvolumen.- Means for sequentially applying the initial toolpath and each next toolpath to control a machining tool to remove the delta volume and each next delta volume from the stock part for each of the plurality of sub-feature volumes.
- Die Einrichtung zum Bestimmen eines anfänglichen Werkzeugweges für zumindest ein Bearbeitungswerkzeug aus dem Merkmalvolumen mit einer Einrichtung zum Erzielen und Anwenden einer Bearbeitungsstrategie.- The means for determining an initial tool path for at least one machining tool from the feature volume with means for achieving and applying a machining strategy.
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